铸造质量控制

一、铸件质量控制

铸件质量决定于每一道工艺过程的质量。对铸件质量进行控制，实际上是全过

程质量控制（%&’），将过程处于严格控制之中，不出现系统误差（由异常原因造成的误

差）。过程中由随机原因产生的随机误差，其频率分布是有规律的。这种利用数理统

计方法将铸造过程中系统误差和随机误差区分开来是质量控制

的基本方法。这种方

法又称之为统计过程控制（()’）。

·+$*# ·

第一章铸件质量

铸件质量控制首先在于稳定生产过程，避免系统误差的出现和随机误差的积累。

其次要提高工艺过程精度，缩小误差频率分布范围或分散程度。过程控制包括技术准备过程、图样和验收条件的制订；铸造工艺、工装设计的验

证；原材料验收；设备检查；工装几何形状、尺寸精度和装配关系检查等；另外，还包括

熔炼、配砂、造型、制芯等工艺参数的控制。

控制方法是定期记录工艺参数进行统计分析，判断车间参数误差频率分布及性

质，对每一中间工序的结果进行检查。图! " # " $ 表示出铸铁车间的铸造工艺过程

质控站（%&）及整个控制程序。

图! " # " $ 铸铁件生产过程质控站（%&）布置

建立过程质量控制站（简称质控站）或管理站是质量管理中行之有效的措施。质

控站能为缺陷分析提供生产过程背景材料以及原始记录和统计资料，凡是对铸件质

量特性有重大影响的工序或环节，一般都应设置质控站。

质控站还应贯彻并使操作者严格执行操作规程。工厂考核铸件质量，按铸件产

生缺陷的原因，追究个人或生产小组的责任。由于铸件产生缺陷的原因是多方面的

和复杂的，有些缺陷是由多个因素引起的，故不容易划分各自应承担责任的百分比。

为了解决由于划分不公引起争端，应该加强中间检查，应对每一道工序的质量（特别

是主要工艺参数和执行操作规程的情况）进行严格的控制，从而确定个人或小组的质

·’)(’ ·

第九篇铸造生产质量检验与铸件缺陷分析处理

量责任。例如质控站按规程抽查型砂的性能，如果不符合标准的

规定，就应当根据超

过标准的百分数来衡量配制型砂者的工作质量，并据此来决定奖惩的程度。

影响铸件质量的因素众多，加强质控站的中间检查的另一好处是将所有影响因

素都置于严格控制之下，任何一道不合格操作，都消除在最后形成铸件之前。

过程中出现的问题就是铸件发生缺陷，一般都按!（计划）、"（实行）、#（检查）、$

（处理）质量体系活动模式的步骤进行改进。除此外，分析具体的铸件缺陷时还需要

明确问题、分析数据和设计试验等。

二、铸件质量保证

质量保证（%$）因生产铸件质量要求而有差别。超级合金铸件同无牌号铸铁件

相比较，它们的质量要求当然不同，但是它们在不同质量要求或规格前提下，生产质

量均需稳定，因而要在不同水平上建立起保证体系。

这种体系主要是由用户对铸件生产者一方提出：要求了解铸件承制方质量保证

体系水平是否与对铸件的要求相适应。如质量保证的水准低于铸件质量所要求的，

则不能保证铸件质量的可靠性。在这种情况下，承制方得不到信任，应被更换。

质量保证体系构成分软件和硬件两部分，在软件上要求承制方：（&）质量管理机构健全。

（’）质量责任制度明确。

（(）质量信息网络全面、灵敏和功能齐全。

（)）有完善的标准化组织。

（*）计量工作完备。

（+）对从业人员的质量教育经常化。

（,）产品的技术档案详细，管理机能好。

技术档案的内容因铸件的要求而不同，对特别重要的铸件，应容许用户查到从事

造型、合型、熔炼及浇注的人员，甚至可查到热处理、探伤、焊修者的操作记录，以及焊

修人员所用焊条的牌号和批次。

承制方拥有的基本设施和技术，也是保证铸件质量要求的必需手段。例如满足

出口要求的铸钢件，浇冒口断口痕迹必须用碳弧气刨清除平整，并把它列入生产过程

作为一道工序，以保证铸件质量。这方面的要求还有：

（&）生产设备应围绕铸件质量要求进行调整。铸件精度要求高，造型设备水平应

相应提高。

（’）工艺装备，企业应具有一定的工装设计水平及制造与维修的、保养和管理的

能力。

（(）生产过程中的监控是实施质量管理所需数据的来源，要求质控点足够，布置

合理和符合经济生产的原则。

·’+*( ·

第一章铸件质量

（!）产品检验手段完备，防止不合格铸件漏检出厂，是完成质量保证体系中的关

键环节。

除上述软硬件内容外，一个企业中从业人员的素质往往在质量保证体系中起决

定性作用，应该通过培训和教育，予以保证和提高。

第六节铸件缺陷检查

为确保铸件质量，应根据铸件不同用途和要求，采用不同的检查方法，及时检出

所不允许的缺陷。缺陷检查普遍采用的有以下一些方法。

一、外观检查

铸件可见部位的外观检查，常以目视法进行。对表面粗糙度的检查，应在合适的

光线条件下以目测———手触样块，凭感觉进行表面状况的鉴定，借助测量工具获得铸

件尺寸数据，用统计方法确定铸件精度方面缺陷率。目视方法不限于对外观检查，也

可对断口进行检查。人类器官不单眼睛广泛用于检验，根据某类铸件的特性，还可藉

嗅觉和听觉进行质量检查。例如球墨铸铁新折断口臭味和敲击后滞振度，可辅助检

验员对球化不良缺陷的程度进行判断。

二、化学分析

对所有的铸件，化学成分是十分重要的，因而在大多数情况下，化学成分就是验

收指标。化学成分也间接决定了铸件的力学性能与缺陷发生与否。例如球墨铸铁中

残留镁量低于"#"$%，球墨的球化率必然会受到影响，出现球化不良的缺陷。

化学成分因炉次而异，取样化验结果称为炉次分析，其结果也因分析方法不同而

不同。按国际标准“铸钢件交货通用技术条件”（&’(!))"）以湿法化学分析所得结果

为准，标准也规定应自铸件毛坯表面以下至少*++ 处取屑状样品。标准规定出铸件

用户为核对分析与炉次分析间允差，如表) , - , . 所列。重要部件为了了解偏析程

序，从两端取样，往往还要分析气体、夹杂物及微量杂质元素的含量。

表) , - , . 核对分析对炉次分析标准允差

碳钢元素碳硅锰硫和磷

范围（%）!"#$ !"#/ !-#! 0 "#"$/

允差1 "#"$ 1 "#"/ 1 "#"* 1 "#""/

·2*/! ·

第九篇铸造生产质量检验与铸件缺陷分析处理

湿法分析缺点是过程慢，如化验铝合金一天都出不来结果。仪器分析出结果较

快，例如! 射线荧光分析仪（!"#）和光发射分光仪（$%&），化验一个元素约’ ( )*+,。

前者在-.’/ ( 0-/浓度范围较准，后者则在-. ---’/ ( 1. -/浓度范围较准。仪器

分析要求元素呈固溶态存在于激冷试样中。

三、力学性能检测

硬度试验是最早用来检验铸件是否发生缺陷的手段，本世纪初美国曾有人在落

砂工段逐个检验浇出的铸件缸盖，如硬度超过一定值则认为铸件必然存在裂纹应予

报废。这种方法简单易行。

拉伸性能和韧性（冲击韧度或伸长率）是常用的检验项目。试样通常自试块上截

取试棒加工而成。试样的规格应按适用的标准选取，依照检验要求获得合格数据。

这种检验不仅从性能数据可以发现材质存在的问题，而且金属疏松、夹杂物、裂纹、粗

晶及回火脆性等缺陷往往可在试样断口上得到反映。

四、低倍检验（宏观检查）

用目视或低倍放大镜检查铸件表面或截面的宏观组织或缺陷，以确定它们的性

质和严重程度的方法称为低倍检验。它具有视域大、适用范围广和试验方法简便等

优点，与微观组织检验配合能较全面地反映铸件的质量问题。酸蚀、印痕（硫印、磷印）和断口检验是常用的低倍检验项目（表2 3 ’ 3 2）。酸蚀

可以显示成分偏析、夹杂物和孔洞类铸件宏观缺陷。印痕可以显示硫、磷在截面上的

分布情况。断口检查可以发现印痕、酸蚀所不能显露的缺陷。例如沿奥氏体晶界大

量析出氮化物或其他金属间化合物，具有银灰色岩石形貌的石状断口等（表2 3 ’ 3

表2 3 ’ 3 2 酸蚀、硫印操作规程

硫印：

’）将已曝光的溴化银印相纸浸在’/ ( )/浓度的硫酸水溶液中，静浸’ ( 1*+,，取出晾干

1）将试样用氯化碳擦净，使相纸药面与试样净面紧贴，并压紧，用棉花在相纸反面进行拭擦滚

压’ ( 1.4*+,（不许相纸在磨面上移动）

酸蚀：

’）配制4/的盐酸水溶液，并加热至5- 6 47

1）将试样放入（待观察面要朝上）保留)- ( 8-*+,

)）取出试样用热水冲洗或以稀释的碱（4/）水溶液冲洗后，再用热水冲洗，并迅速干燥

8）用肉眼和放大镜观察

·1044 ·

第一章铸件质量

表! " # " #$ 铸钢宏观缺陷的断口特征

缺陷断口形貌

偏析短杆状，较光滑的条带（高倍呈成串夹杂）

气孔单个或成束，内壁光滑的条形（外露时带有氧化色）

长针形针孔条形孔洞，内壁光滑，不外露的则呈银灰色

缩孔呈管状，表面粗糙，严重氧化，常见发达的树枝晶和夹杂物

缩松内壁粗糙，不外露的则可见树枝晶

热裂纹外露的则氧化严重；表面起伏，圆滑

冷裂纹未氧化的呈灰色纤维状或沿奥氏体晶界开裂呈岩石状

非金属夹杂成堆分布的颗粒群，有的呈黄绿色

五、金相检验（金相显微镜检验）

用光学显微镜在放大%$ & ’$$$ 倍下观察抛光的金属表面，试样在未经侵蚀条件

下进行夹杂物检查（利用明、暗场及偏光、干涉和显微硬度等多种功能参照()*$%+#—

,! 评级），经侵蚀后进行组织及晶粒度检查。这种方法广泛用于检查微观缺陷，也常

用于研究宏观缺陷的微观特征。

上述的化学分析、性能试验和金相检验所取得的试样只能代表局部区域。为了

了解铸件整体的质量情况，须从具有代表性的各个部位选取试样，数量愈多，范围愈

广，对发生的铸件缺陷了解愈近全貌，有利于下一步分析。六、无损检验（无损探伤）

对缺陷进行非破坏性检查，根据工作原理不同有以下几类：!光学检查法（目测

检查法、渗透探伤检查法-./0 " 1#+%）；"放射线检查法（2 线透

射检查法、断层摄影

（3/）检查法）；#电磁检查法（磁力探伤检查法、涡流探伤检查法（-./0 " 14$!））；$

声波检查法（超声波探伤检查法、-1“声发射”法）；%热传导检查法（物质表面温度分

布图象显示法）。其中，目测法、渗透探伤法（5.647%’）、磁粉探伤法、涡流探伤法等，只

能用于铸件表面或表层部分缺陷的检查，对铸件深部缺陷的检查，必须使用2 线透射

法（5.6%%8!）、断层摄影法和超声波探伤法。无损检验近年来发展很快，由于数据处

理好和硬件趋向于便携式，大大提高了检查的可靠性和灵活性。

2 线透射检查法可提供铸件检测部位有无缺陷及缺陷尺寸的照片。美国材料试

验协会（-./0）发布了一系列适用于铸件检验的射线照相参考标准，它们按缺陷种类

和数量分类，为使用者对缺陷可否接受提供判断依据。2 射线图像转换为可见图像

显示在荧光屏或电视屏上，录像数值化经计算机处理，可自动判断出缺陷产生原因。

·’+%+ ·

第九篇铸造生产质量检验与铸件缺陷分析处理

渗透探伤或称液体渗透检验法（!"），它不像磁力探伤，仅限于铁磁体铸件，非磁

化的奥氏体和铝、镁、铜等非铁合金铸件均可使用，用途广泛，美国无损检测学会

（#$%&）推荐铸造工业采用。清洁后的铸件使溶有颜料或荧光物乳浊液体（渗透剂）均

匀涂布铸件表面。由于渗透剂的湿润力强渗入裂纹缺陷中（图’ ( ) ( *+），几分钟后

用水冲洗掉表面渗透剂（图’ ( ) ( *,），保留了裂纹中渗透剂，然后撒上或涂上显示

剂，它如同吸墨纸将渗透剂从裂纹中吸出，显示剂自行填充裂纹（图’ ( ) ( *-），且与

渗透剂发生作用，生成物在黑色检验光下发亮（图) ( $.），即将裂纹检出，裂纹宽度小

于/0/)11 也能显示清楚。与表面连通的各类孔洞都可采用这种检验方法检查出缺

陷的大小和类型。

图’ ( ) ( * 荧光渗透深伤步骤

+）渗透剂渗入裂纹,）水冲去多余渗透剂

-）显示剂吸走裂纹中渗透剂.）荧光物在暗室中发亮

·5432 ·

第一章铸件质量

第二章铸件缺陷分析

铸件生产要经过十分复杂的工艺过程。只要其中某一道工序或某一个过程失

误，均会造成铸造缺陷。同一类缺陷由于场合和零件的不同，往往又有不同的形成原

因，这种错综复杂的情况，给铸造缺陷的准确判断和分析带来很大的难度。

本章在介绍铸件缺陷种类和特征的基础上，主要讲铸造缺陷的形成机理、缺陷分

析、原因查找、方法应用、质量检验和缺陷修补，以增加铸造技师的基础知识，提高分

析问题的能力。

第一节铸件缺陷分类

铸件缺陷种类繁多，形貌各异，在!"# $%&’’—’(()《铸造术语》中将铸造缺陷分为

八类’** 余种，见表( + , + ’。

表( + , + ’ 铸件缺陷的分类（!"# $%&’’ + ’(()）

类别序号名称特征

一

多

肉

类

陷

’ + ’ 飞翅（飞边）

垂直于铸件表面上厚薄不均匀的薄片状金属突起物，常出现在铸件分型面和芯头部位

’ + , 毛刺

铸件表面上刺状金属凸起物。常出现在型和芯的

裂缝处，形状极不规则。呈网状或脉状分布的毛刺称脉纹

’ + -

外渗物

（外渗豆）

铸件表面渗出来的金属物。多呈豆粒状，一般出现在铸件的自由表面上，例如明浇铸件的上表面、离心浇注铸件的内表面等。其化学成分与铸件金属往往有差异

’ + . 粘模多肉

因砂型（芯）起模时部分砂块粘附在模样或芯盒上所引起的铸件相应部位多肉

·,&%) ·

第九篇铸造生产质量检验与铸件缺陷分析处理

类别序号名称特征

多

肉

类

缺

陷

! " # 冲砂

砂型或砂芯表面局部型砂被金属液冲刷掉，在铸件表面的相应部位上形成的粗糙、不规则的金属瘤状物。常位于浇口附近，被冲刷掉的型砂，往往在铸件的其它部位形成砂眼

! " $ 掉砂

砂型或砂芯的局部砂块在机械力作用下掉落，使铸件表面相应部位形成的块状金属突起物。其外形与掉落的砂块很相似。在铸件其它部位则往往出现砂眼或残缺

! " % 胀砂

铸件内外表面局部胀大，重量增加的现象。由型壁退移引起

! " & 抬型（抬箱）

由于金属液的浮力使上型或砂芯局部或全部抬起、使铸件高度增加的现象

孔

洞

类

缺

陷

’ " ! 气孔

铸件内由气体形成的孔洞类缺陷。其表面一般比

较光滑，主要呈梨形、圆形和椭圆形。一般不在铸件表面露出，大孔常孤立存在，小孔则成群出现

’ " ’ 气缩孔

分散性气孔与缩孔和缩松合并而成的孔洞类铸造

缺陷

’ " ( 针孔

一般为针头大小分布在铸件截面上的析出性气孔。铝合金铸件中常出现这类气孔，对铸件性能危害很大’ " ) 表面针孔

成群分布在铸件表层的分散性气孔。其特征和形

成原因与皮下气孔相同，通常暴露在铸件表面，机械加工! * ’++ 后即可去掉

’ " # 皮下气孔

位于铸件表皮下的分散性气孔。为金属液与砂型

之间发生化学反应产生的反应性气孔。形状有针状、蝌蚪状、球状、梨状等。大小不一，深度不等。通常在机械加工或热处理后才能发现

·’$#, ·

第二章铸件缺陷分析

类别序号名称特征

二

孔

洞

类

缺

陷

! " # 呛火

浇注过程中产生的大量气体不能顺利排出，在金属

液内发生沸腾，导致在铸件内产生大量气孔，甚至出现铸件不完整的缺陷

! " $ 缩孔

铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞。

形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的部位

! " % 缩松

铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。借助高倍

放大镜才能发现的缩松称为显微缩松。铸件有缩松

缺陷的部位，在气密性试验时可能渗漏

! " &

疏松

（显微缩松）

铸件缓慢凝固区出现的很细小的孔洞。分布在枝

晶内和枝晶间。是弥散性气孔、显微缩松、组织粗大的混合缺陷，使铸件致密性降低，易造成渗漏

! " ’( 渗漏

铸件在气密性试验时或使用过程中发生的漏气、渗

水或渗油现象。多由于铸件有缩松、疏松、组织粗大、毛细裂纹、气孔或夹杂物等缺陷引起

三

裂

纹

冷

隔

类

缺

陷

) " ’ 冷裂

铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹。裂口常穿

过晶粒延伸到整个断面

) " ! 热裂

铸件在凝固后期或凝固后在较高温度下形成的裂纹。其断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展* 外形曲折而不规则

) " )

缩裂

（收缩裂纹）

由于铸件补缩不当、收缩受阻或收缩不均匀而造成的裂纹。可能出现在刚凝固之后或在更低的温度

) " + 热处理裂纹

铸件在热处理过程中产生的穿透或不穿透的裂纹。其断面有氧化现象

) " ,

网状裂纹

（龟裂）

金属型和压铸型因受交变热机械作用发生热疲劳，在型腔表面形成的微细龟壳状裂纹。铸型龟裂在铸件表面形成龟纹缺陷

·!##( ·

第九篇铸造生产质量检验与铸件缺陷分析处理

类别序号名称特征

三

裂

纹

冷

隔

类

缺

陷

! " # 白点（发裂）

钢中主要因氢的析出而引起的缺陷。在纵向断面

上，它呈现近似圆形或椭圆形的银白色斑点，故称白点；在横断面宏观磨片上，腐蚀后则呈现为毛细裂纹，故又称发裂

! " $ 冷隔

在铸件上穿透或不穿透，边缘呈圆角状的缝隙。多

出现在远离浇口的宽大上表面或薄壁处、金属流汇合处以及冷铁、芯撑等激冷部位

! " % 浇注断流

铸件表面某一高度可见的接缝。接缝的某些部分

熔合不好或分开。由浇注中断而引起

! " & 重皮

充型过程中因金属液飞溅或液面波动，型腔表面已