一般情況下，石英砂體積的膨脹不會(huì)對(duì)鑄件產(chǎn)生明顯的影響，但多方面的不利因素同時(shí)出現(xiàn)，就很容易表現(xiàn)出來(lái)，在我廠就出現(xiàn)一例因石英砂體積的膨脹而造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。
我廠生產(chǎn)一種高鉻鑄鐵耐磨輥（903輥），其化學(xué)成分為C:2.0-2.6;Si:0.4~1.0;Mn:0.5~1.0；S≤0.06;P≤0.1。鑄件毛坯重2300Kg（不含澆冒口），其缺陷位置、鑄件尺寸及鑄造工藝。

一、缺陷現(xiàn)象

我廠與某知名科研單位共同開(kāi)發(fā)生產(chǎn)903棍已有多年歷史，該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)測(cè)試其耐磨性能可等同于某大型熱電廠所購(gòu)進(jìn)口件。我廠已與該廠多年供貨，但鑄件表面脈紋毛刺現(xiàn)象一直存在，因其基本上不影響使用，客戶并未提出過(guò)異議。但隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇及客戶對(duì)產(chǎn)品要求的提高，該廠對(duì)我廠產(chǎn)品的脈紋毛刺多次提出警告，且在2000年底一次將該產(chǎn)品退回近二十件，造成我廠近40萬(wàn)元的損失。其缺陷外觀及產(chǎn)生的位置如圖1所示，打磨前為0~1.5mm凸起的毛刺，打磨后毛刺處呈凹陷狀態(tài)。

二、對(duì)比試驗(yàn)

1．試驗(yàn)一：嚴(yán)格搗砂工藝
根據(jù)鑄件外觀缺陷現(xiàn)象，先是懷疑型砂搗固不緊而造成，且工人有時(shí)圖懶省事，經(jīng)常吊齊整斗砂傾倒，于是決定對(duì)十件鑄件進(jìn)行試驗(yàn)，嚴(yán)格按照填砂工藝操作，結(jié)果缺陷現(xiàn)象反而有加重現(xiàn)象。
2．試驗(yàn)二：縮短澆注時(shí)間
大流澆注，縮短澆注時(shí)間，降低澆注溫度，缺陷現(xiàn)象有所減輕但無(wú)法杜絕，而且出現(xiàn)澆注不足現(xiàn)象，鑄件又無(wú)法焊補(bǔ)，因此淘汰了此種方案。
3．試驗(yàn)三：更換石英砂
原工藝是逐漸外形腔填充水玻璃石英砂，中間芯子采用鋁礬土砂，考慮到外型腔吃砂量偏小，而石英砂在高溫時(shí)其膨脹量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余型砂，于是全部改用鋁釩土砂造型，首批投入三件，結(jié)果脈紋現(xiàn)象全部消失，且以后將鋁礬土砂造型方案固定下來(lái)，至今從未出現(xiàn)過(guò)脈紋毛刺現(xiàn)象。

三、原因分析

對(duì)比三種試驗(yàn)方案，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的以下原因。

1．得出如下結(jié)論，型砂吃砂量偏小（最小處為110mm），模型坡度大，導(dǎo)致?lián)v砂后型砂緊實(shí)度大。
2．澆注系統(tǒng)為封閉式澆道，導(dǎo)致澆注時(shí)間長(zhǎng)（一般為135~145妙）。
3．當(dāng)鐵水澆入型腔時(shí)，因澆注系統(tǒng)為封閉式澆道，而鑄件又較大（2、3噸），金屬液進(jìn)入型腔后，型腔表面溫度急劇升高并因而發(fā)生膨脹和出現(xiàn)強(qiáng)度變化，其SiO₂顆粒發(fā)生如下多晶型轉(zhuǎn)變：（1）型腔溫度升至575度，總的線膨脹量為原來(lái)長(zhǎng)度的0.875%；（2）575度的等溫膨脹為原來(lái)長(zhǎng)度的0.5%，是總膨脹量（0.875%+0.5%=1.375%）的36%，而鐵水在型腔內(nèi)上升緩慢，當(dāng)型腔高溫烘烤時(shí)間超過(guò)30秒時(shí)，石英砂達(dá)到最大膨脹量，這時(shí)整個(gè)鑄型受熱時(shí)的膨脹分別為微觀膨脹及宏觀膨脹兩階段，砂粒的膨脹能被石粘土膜的收縮所抵銷，或者砂粒間相互移動(dòng)的力小于砂型外部阻力，以致僅減小砂粒向的空隙并引起砂型尺寸變化，這個(gè)階段稱為微觀膨脹，當(dāng)砂粒間的間隙已難以再減小，或使砂粒間相互移動(dòng)的力大于砂型外部阻力時(shí)，砂型外部尺寸發(fā)生變化，這個(gè)階段稱為宏觀膨脹。如果砂型緊實(shí)度高。砂粒粗和粒度集中。粉塵含量高。加熱速度快，則型砂的微觀膨脹減小，而相應(yīng)的宏觀膨脹增大。而型腔外部110mm處為厚大的圓型砂箱，阻礙砂粒間力的施放，其受力方向只有向砂性型腔內(nèi)壁轉(zhuǎn)移，表面層直至開(kāi)裂而產(chǎn)生脈紋毛刺（主要由宏觀膨脹造成）。

四、綜合以上分析，得出如下結(jié)論

1．石英砂的高膨脹是導(dǎo)致脈紋毛刺的根本原因。
2．鐵水含Si、S、P量偏高，使得鐵水流動(dòng)性好，易滲透鐵水形成脈紋毛刺。
3．鋁釩土砂造型是解決消除脈紋毛刺的很好途徑。