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[分享] 液态模锻常见缺陷!!!

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发表于 2006-11-2 14:16:24 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国辽宁沈阳

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液态模锻件常见的缺陷与对策

  i" }: X3 R/ t' K* R0 l
, {7 ~+ a7 |' Y2 N! G& ~+ g8 r! s    (一)液态模锻件缺陷的分类: G$ j8 x" K* }/ [+ T: B! ?. X9 ~
    1.形状、尺寸偏差. R( I; s* N. _
    包括:①模膛填充不满;②高向尺寸偏差;③尺寸精度低。4 C" I6 o* ~0 Z- Y* J. S$ t
    2.表面缺陷
  F& e2 N. S  m1 O/ x    包括:①冷隔;②挤压冷隔;③表面起泡;④表面夹杂;⑤表面粘焊与粒状溢出物;⑥塌陷;⑦擦伤。6 v8 U  m+ p7 r4 K4 R# @
    3.内部缺陷9 E2 i0 O$ y2 U& Q" B5 U
    包括:①气孔;②缩孔和缩松;③夹渣和夹杂;④挤压偏析;⑤异常偏析;③枝晶偏析。
  V! D2 O' ?# R; y    4.裂纹
5 d5 T, |& ~% w2 L    包括:①热裂;②缩裂;③冷裂。
1 A1 {) ^$ E! p1 \% {% E0 N    (二)液态模锻件缺陷特征、产生原因与对策, s+ ?3 }& `9 {7 [6 @& y! p+ b
    1.模膛填充不满
. C) Z1 C) S" k7 K$ T    制件棱角处未充满,甚至不成形,头部呈光滑圆弧状。产生的原因有:
- l. n6 w8 G+ W    1)模温和浇注温度低,挤压力不足或加压太迟,液态金属加压前已凝固成厚壳,随后加压无法使其变形,以填充棱角处;. `# `$ k' {0 Q: s& i% t' w
    2)涂料涂敷不均匀,或棱角处涂料积聚太多,阻碍了金属的充填;" E- i  n2 y4 |$ Z" ^0 T% g" E
    3)模膛边角尺寸不合理,不易填充。( r* {7 O. I2 e: M  P6 n( Z
    防止对策:
0 b8 R, J  f, o# M% E    1)适当提高模具预热温度和挤压力;# h9 ^' ~( ^1 |: e3 F7 ]/ L* @# S
    2)尽快施压;
* z- n2 {& m; @9 |5 E    3)改进模膛设计,便于金属流动;
2 u$ L) |3 U, F    4)涂料采用喷涂,切忌堆积。
6 k: s) d+ u# g. ^0 d1 i5 B: r    2.高向尺寸偏差
3 Y6 i/ a8 K  q6 Y    产生原因是,定量浇注不准确,浇注的液态金属过量或量不足,产生高向尺寸超差或不足缺陷。所以最好采用定量勺,或在浇注勺、凹模内做好标记,尽可能控制浇注液态金属的量;有时在凹模上开条溢流槽,当模具闭合时,将多余的金属液挤出,从而达到定量,保证制件的高度尺寸。, S  L6 P. f, b
    3.精度差5 \  Z* O- R6 y( L. F, _8 P
    产生原因是模膛设计不合理或加工装配不好,不能保证制件的形状和尺寸;组成模膛的零件被磨损、变形或活动零件未恢复原位。其改进措施:正确设计和制造模具,保证试模后的制件与设计的一致性;加强生产过程中制件精度检查,一旦超差,即对模具进行修复或更换。
+ }+ p$ U: A/ S+ K9 d" P) N4 I    4.冷隔
$ L+ W8 w: p7 W% F6 u; G6 C" I    冷隔的外观特征是在制件表面有不规则的明显下陷线形纹路(有穿透的和不穿透的两种),形状细小而狭长,在外力作用下有发展趋势。其形成原因:  n3 ~' s* Y2 l( o" I
    l)多浇包多点同时浇注,使两股金属流对接,但未完全熔合而又无夹杂存在其间,两层金属结合极弱;/ M# B' w/ h0 S2 R! C: G: N+ h& N
    2)多浇包顺序浇注,前后两包断流时间太长;% |- y  f3 V9 M) w' }1 t" k9 L
    3)模具温度低。
. |6 _/ e$ J, }  r9 w4 ~    改进措施:" M% ~9 t, w" F2 p! R5 \3 y
    1)适当提高模温和挤压力;
' W( [  F* `8 R( a. y  @& z    2)多泡按序浇注时,两泡间避免断流。7 v. W! V, m. ^
    5.挤压冷隔
- h# d3 z  @- S7 z6 T$ x& r4 H1 k4 V    当金属液在模膛中停留较长时间才合模施压,而且金属液上挤充模,使这部分金属与原浇注液面之间形成一圈冷隔,如图7-1所示。模膛中金属表面有一层较厚的氧化皮,挤压成形后,外留的氧化皮基本上仍在原来位置,导致这一部位的金属与金属间没有熔合,即出现冷隔。 (未完待续)! T* J$ x" G! [' B6 X8 N

4 |2 s0 u% }4 Q8 |4 L $ }1 |9 r) f3 c) r( Z$ K# L5 E

) ]: `6 w6 f0 I4 Y. r6 l& X希望楼主下次在一楼把资料发完(或采用附件的形式)谢谢!!!
5 a; [8 m5 D( P' N, B  ^% Z
; C( ~3 r! F3 U) N, b! l0 h[ 本帖最后由 sting811 于 2006-11-2 23:00 编辑 ]
 楼主| 发表于 2006-11-2 14:17:35 | 显示全部楼层 来自: 中国辽宁沈阳

液态模锻常见缺陷!!!

http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-1.jpg+ Y7 D2 H# |$ f$ s# b6 \
图7-1 挤压冷隔形成示意图 a)合模前 b)合模施压 % l8 Y+ b) `2 {& H/ Y- q( h
    挤压冷隔形成,与制件成形方法相关。即凸式冲头加压中,这种冷隔在所难免。其防止措施:提高模温和浇注温度;工艺节拍许可时,尽量缩短加压前停留时间;选择不易氧化的合金等。这些措施,只能降低冷隔的危害程度,但无法根本消除,倘若不许可存在,只能改变成形方法:
$ O+ O+ ~; a; S: |8 V- o7 u    l)设计模具时,将制件位置倒过来,以便用平冲头加压代替凸式冲头加压;
3 R) Z- N# R8 s. l# ^" j; E2 F    2)采用先合模、挤入液态金属,紧接着施压。
2 h- [; @1 M; ?; I& O. S    6.表面起泡) e9 m' w- o# A+ L/ U
    制件表皮下被压扁的气孔,在制件脱模或热处理加热时,因热胀将表面鼓起气泡。产生原因有:8 y* n4 o+ q. E" t7 k) o
    1)凹模中未燃尽、未挥发的涂料过多,或模膛排气不好,使浇注中产生气体浸人液态金属内部;4 m! l% G! A' J# z& o2 {
    2)挤压速度过快,使液态金属填充模膛时产生涡流而卷入大量气体;9 J/ g0 }. L& B/ H9 Y5 r
    3)液态金属含气体量太多,加压前析出的气泡来不及逸出,被压扁在表皮下。
) y9 U' r) m$ D: s+ q. b2 e    改进措施:- V3 x" K/ E8 T: b9 k
    1)适当提高模温,并采用喷涂方法,使涂料在浇注前已干固;2 k7 D. f: f5 n
    2)施压要慢而平稳;
+ v% n2 T5 v2 n# @* Q, D, }    3)注重液态金属除气操作;
8 p8 {6 R, j5 ^/ N, X8 I    4)模具设计应考虑排气措施。  z& v2 A( S2 u2 `8 z
    7.表面夹渣
7 z9 A$ T: P0 p    表面夹渣是在液态模锻过程中,部分涂料或氧化皮被挤入制件表层,在淬火时呈现皱皮或氧化渣麻点。产生原因有:
- S/ K0 x% i( x$ [    1)涂料过多或未干因就进行浇注,使涂料带人液态金属中,有的还与金属波液发生作用,形成化合物夹杂。例如,高锡青铜的“硬质点”就是这样;
, r/ `6 m$ V1 h8 K4 d    2)冲头加压时,使已自由凝固的结晶硬壳发生大的皱把变形,将涂料、氧化皮等挤入制件表层中。8 Z  F0 `' ?- ^6 Y
    防止对策:3 d1 H0 G6 F/ _
    l)适当提高模温,涂料必须喷涂均匀、干固;9 f* L9 F- J. D, A# M
    2)加压前停留时间尽量短,保证加压时已凝固层不太厚且温度高,不易发生大的皱褶变形。8 x# \8 B+ }- t6 R, }9 _8 y& O
    8.表面粘焊与粒状溢出物3 `7 ?1 l1 Q6 f1 R4 w6 M
    制件脱模时,在模芯表层留有一层粘焊物,并使制件内表面粗糙,严重时在制件内孔表面有许多豆粒状金属粒溢出,其最大直径可达2mm。
8 `2 p# _# r) N, d3 o2 u- `2 p    产生原因是,浇注温度和模温过高,保压时间又不足,制件未凝固即开模取件。由于制件表层下未凝固金属液被吸出,轻者粘焊于模芯表面,严重时形成粒状物溢出,并分布于件内表面。  U/ {' ^3 A& D0 c
    防止对策:保压时间应足够,即制件凝固结束后才允许脱模。
% i* P8 ?3 ]5 A( H, ?- A0 M    9.塌陷2 r* _6 L+ P/ y  w# \
    挤压过程中卷入的空气及从金属液中析出的气体造成的反压,有可能使制件的细小之处产生塌陷。防止的对策有:
  j( l- u: F' K) E; J* t2 `    1)加大模子与冲头的间隙,改善通气状态;
& T1 H! F* m' v+ M' q0 d, C    2)少涂些润滑剂,多了会堵塞通气孔;
7 d( x, f+ h! q0 b; r) b    3)发现制件有塌陷,可在模具相应部位增加通气孔的数目;2 |4 H3 u5 T1 [: t, B: q
    4)采用组合式模具。( g6 R3 Z+ `0 h) O, X# D% x
    10.擦份
- u6 I, _1 l% w% s6 I9 f4 H" V3 }    制件表面沿出模方向拉伤痕迹称为擦伤。产生原因有:
  W; d) r2 E  y3 {; [    1)模具的脱模斜度太小,模膛表面粗糙或表面有伤残等,使制件脱模困难造成擦伤;
& G5 C! e) [" `5 m+ p: b    2)浇注温度和模温过高、涂料不足或浇注时金属液流对模膛冲刷作用剧烈,造成金属与模膛粘焊,脱模时将制件擦伤,甚至撕裂。0 {  L1 @6 B7 h8 Z0 k/ d+ i8 g+ l
    预防对策有:9 X& ]3 x, B+ K. n
    1)在固定部位擦伤时,要修复模具、修正脱模斜度,打光压痕;
- l; d5 y0 l8 A! Q1 h    2)擦伤无一定部位时,在擦伤部分相应的模具上增敷涂料;/ \7 F' z  ]* O3 v1 L' S
    3)对于因粘模造成的擦伤,采用降低浇注温度,控制模温,调整涂料品种和涂敷方法,修复易粘焊模膛部位。
/ ~  G0 c! @# T: e    11.气孔/ R0 q7 P( S# ^) e
    金属在熔融状态时能溶解大量气体。在冷凝过程中由于溶解度随温度降低而急剧减小,致使气体从液态金属中释放出来。若此时尚未凝固的金属液被已凝固壳包围,逸出的气体无法排除,就包在金属中,形成一个个气孔。它具有光滑的表面,形状规则成圆形或椭圆形。形成原因:; h  b3 S% V. ?) M. l  G  s& P0 a; Q
    1)由于炉料不干净或熔炼温度过高,使金属液含有大量的气体,在随后的结晶凝固中来不及浮至液面逸出,产生析出性气孔。气孔壁具有光亮的金属光泽;* Q5 Q0 A% u; X( u, h
    2)挤压速度过快,液态金属充模流动时产生涡流而卷人大量气体,形成侵蚀性气孔。由于金属在高温时与空气中氧作用而发生氧化,致使气孔壁呈灰褐色或暗色;# J$ L( D8 y% {8 m/ f0 T, x
    3)由于模温低,涂料积聚,致使浇注前涂料未干固。与金属液发生化学反应,形成反应性气孔;
- T. O  u7 M% D    4)浇注至开始加压的时间间隔太长,由于液态金属表面结壳或粘度增加,使液态金属因冷却析出的气泡不能顺利逸出,在随后加压中,被保留或压扁在制件中;+ u1 B6 C. `1 V$ E) \1 d) P
    5)压力能使气体在金属中溶解度增加。压力不足,无法抑制气泡形成,而使气孔形成几率增加。6 v# ?7 C! S! n+ f  R6 o8 z3 }" s! n
    防止对策:
9 H/ V4 ]) T& |/ r) o: D    1)使用干燥而洁净炉料,不使合金过烧,并很好除气;  Z% b% |# \# e( u- D- J% G
    2)涂料涂敷薄而均匀,严禁积聚;提高模温,保证浇注前涂料干固;% G. l/ h3 ?! M$ t# O
    3)选取足以阻止气孔形成的比压值,并尽量缩短加压前停留时间。5 }( t, ?  s* C2 E
    12.缩孔和缩松& O' d! Y) A' B6 |  c( K
    缩孔和缩松是金属在凝固时体积收缩,而外壳又已经凝固得不到补缩所产生的。孔洞大的叫缩孔;细小分散的叫缩松。凡是液相与固相温差大的金属,产生缩松可能性大,对于共晶合金是在一定温度下结晶,易产生集中缩孔。区别缩孔与气孔,看孔的内壁光整与否。气孔内有气体存在,所以孔壁光滑圆整;缩孔因得不到补缩,孔壁被拉成不平的皱皮,而且集中在最后凝固部位。它们往往和气孔混合在一起。产生原因有:" O" v! E0 c+ E7 z6 k, \  ~5 U$ [$ A2 o
    1)施加压力低,未能保证金属液始终在压力下结晶凝固,直至过程的结束;
2 m# [  u- ?5 _2 y1 f2 [    2)浇注至开始加压的时间间隔太长,使液态金属与模膛接触面自由结壳太厚,减弱了冲头的加压效果;
* I, r) z. f0 B9 m    3)保压时间短,金属未完全凝固即卸压,使随后凝固部位得不到压力补缩;
: X% K( ?% l; x2 ]1 y4 }3 \    4)浇注温度过低或过高,降低了对制件的压力补缩效果;2 H% Y) j8 _2 b" O* F, g) _7 T
    5)制件壁厚相差过大,挤压时冲头被凝固早的薄壁部位所支撑,使厚壁的热节部位得不到压力补缩;% F6 @- C5 Y0 H9 a: g
    6)制件热节处高加压冲头过远,由于存在“压力损失”,而降低对该部位的加压效果。( u0 u. e& F1 K$ t
    改进措施:
9 ]$ W, R; K8 Q1 I2 A    1)提高比压,选取合适的保压时间;" ]: J. r3 ]) O0 X
    2)降低浇注温度,使之刚刚高于合金的液相线温度,以减小厚壁部位金属液的过热程度;
2 Y- O5 r- M& q1 S( e8 V: Z    3)模具上与制件厚壁部位相对应区域,设法予以激冷,厚壁部位应离施压端最近;
1 a7 D& x+ I& B    4)将冲头设计成可相互运动两部分,以便对不同凝固部位,施以不同压力;
! {' T# C! u3 z* U/ z' j3 p    5)对制件重新设计,使其截面比较均匀。' ]# B6 d% i4 `1 Q! }, t
   (未完待续)
 楼主| 发表于 2006-11-2 14:18:52 | 显示全部楼层 来自: 中国辽宁沈阳

液态模锻常见缺陷!!!

13.夹渣和夹杂
. |) M$ T/ u9 m  z    由于液态模锻条件下,无排渣和集渣冒口。如果金属液质量不高,含渣过多,浇注前渣的清除又不彻底,这时,在液态模锻过程中,渣有可能上浮到制件顶端,施压后就残留在制件表面内,就形成表面夹渣。如果渣来不及上浮,就已经合模和施压;结果渣必裹在制件内,成为内部夹渣。其外观特征是在制件上有不规则明或暗孔,孔内被熔渣充塞。与夹渣并存的,还有氧化夹杂。铝合金熔炼时生成处Al2O3、MgO这类固态氧化物,其密度与铝液很相近,它们会以悬浮状态保留在合金液中。凡进入模子的氧化夹杂肯定会留在制件中。其外观表现为在金属基体上有较硬的细小质点或块状物。形成原因有:
1 L8 |! I. O& ]2 X6 ~1 o    1)由于炉料不干燥、不洁净,致使合金液一开始就有夹杂;% v" ~/ I3 E8 D5 K. `8 L
    2)熔化、保温、精炼或变质过程中,金属液被炉气污染,形成炉渣或氧化物夹杂;
4 Y0 i* F1 L  M    3)液态金属在其运输、浇注过程中,因操作不当而带入氧化皮、炉渣和炉村等杂物;  \" J6 q# {8 C" S
    4) 坩埚、浇包及其它工具上带来的夹杂。
- o: |* J- r5 t9 s% Y    防止对策:
, a* h0 c6 v( I8 G. i    1)将炉料及所用的熔炼工具清理干净,充分预热;
$ N2 R: R% z/ ^1 G    2)熔炼过程中,既要注重造渣的工艺操作,又要注重除渣的工艺操作,两种不能偏废;& x" y, r. I8 d. s
    3)尽可能降低金属液的保温温度,缩短金属液在炉子及模具中的停留时间;
: h# n8 k9 \- j. g    4)对于铝合金,采用泡沫陶瓷过滤器过滤金属液,最为有效。
& x2 R( w  k; `4 w& @    14.挤压偏析
7 W" }/ J1 g8 U5 ?6 M' |4 f& o& W    液态模锻的凝固速度快,故微观偏析比其它铸造方法要轻些。但是,凹陷较深的零件在液态模锻时,容易产生一种独特的宏观偏析一一挤压偏析。图7-2用来说明挤压偏析的形成机理。液态金属浇人模膛后,首先在模壁处成核,长大,结成硬壳。随着已凝固层不断由模膛壁向前推进,与之相邻接的液相中的溶质元素越来越富集,一旦合模加压,这部分液体就会挤至制件的边缘部位。偏析部位溶质元素含量高,低熔点相也多。从钢平法兰液态模锻件宏观组织观察中得出,周边有一深深痕纹,就是证明,如图片7-1所示。压力愈大,钢液质量愈低,这条痕纹愈明显。模温愈低,加压前停留时间愈长,痕纹离外壁距离愈大。控制挤压偏析的措施:  Z0 ]6 u/ u5 Q, {
    1)先合模,再将金属液经由浇口注入,然后加压,缩短了金属液在施压前模具中停留时间;      
$ W$ q" _/ g, d0 ]( ~9 x    2)提高模具温度,以减轻合模前合金凝固的程度及溶质元素的富集现象。% d" |; }( P& s. Q5 ]* f- O* X  \
http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-2.jpg. n- E$ A$ ]9 M
图7-2 挤压偏析形成机理9 ^4 H4 V! r( g8 ^( H
http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images1/7-1.jpg
4 x3 L2 B3 Z% P7 t+ V% ~图片7-1 20钢φ90平法兰宏观组织
    15.异常偏析6 Y1 `( Y) b: e0 g
    分配系数K0<1的溶质元素在合金凝固时,由于选择结晶结果,此元素在先凝固的制件表层浓度总是低于制件心部,出现正偏析。液态模锻往往促使正偏析的产生、出现所谓“液态模锻异常偏析”,即在普通铸造方法不易出现的严重正偏析。对于某些结晶温度间隔宽的合金,如锡青铜、铅青铜、Al-Cu4%和Al-Si2.5%等合金,和合金中偏析系数大的溶质元素。当合金浇注温度过高,温度梯度太大,外周呈现发达的柱状晶时,这种倾向尤甚。对于共晶的Al-Si合金和Al-Mg5%~10%合金,这种倾向不明显。, Y' [3 y8 o+ k, U2 k' k' R  c, t
    “异常偏析”形成机理,某些研究者认为:这是制件在结晶过程中,树枝晶轴间未凝固的溶质元素富集的液态金属,在外部压力作用下,从树枝晶轴间挤出,排挤到最后凝固区,如图7-3所示,加压方向和凝固方向垂直,易形成异常偏析。防止对策为:& O6 V0 N; Z0 @+ U
    1)降低浇注时液态金属的过热度,以便在接近液相线温度时进行施压;
, O7 `  u' s' d    2)施压方向与凝固方向一致。
$ _- y8 G* c- j* t  r' B, ?+ b
http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images/7-3.jpg
) d" y; I' R) u0 t$ t( g图7-3 加压方向和凝固方向垂直形成异常偏析
    16.枝晶偏析
) A/ D4 P4 p0 _    液态模锻时,由于过程进行的速度很快,溶质来不及均匀扩散,有利于成分均匀,以获得无偏析制件,这是问题一方面。从另一方面,施压前凝固前沿已有溶质积聚,并在自然对流影响下,迅速扩散或沉积。一旦施压,这些低熔点溶质便挤入结晶前沿的枝晶中去,形成严重的枝晶偏析。虽然过程进行的很快,但选择结晶依然存在,熔点低的元素,在金属流动的带动下,也要作近程迁移,稍一积聚,就可能在压力作用下,挤人凝固前沿的枝晶间隙中去。周而复始,无论早期凝固,还是晚期凝固的组织,均不同程度存在枝晶偏析,如图片7-2表明钢质液态模锻中,碳的浓度沿原奥氏体晶界就偏高,因此,以后的组织转变就形成珠光体偏析。改进措施:5 }& K( l% `$ X' J0 e$ q0 A9 p
    1)提高模具温度,降低金属浇注温度,以降低熔体的温度梯度;
7 J1 l- t4 m2 v    2)选取最佳的热处理工艺,是消除枝晶偏析切实可行措施。
http://www.china-machine.com/MachineBase/Forging/duanzao/zlbz/images1/7-2.jpg
/ ]) D) w9 u5 s+ n5 F; x$ j图片7-2 钢液态模锻件技晶偏析
2 D! m1 N5 Q- a/ k' Da)柱状技晶偏析(平法兰)b)粗大等轴枝晶偏析(杯形件)
4 K: s2 ~* O5 _. @) c% C
    17.裂纹
2 N/ A% r, _, u1 V# w1 v5 d    制件的金属基体被破坏或裂开,形成细长的、不规则线形的缝隙,在外力作用下有进一步发展趋势,这种缺陷称裂纹。裂纹有热裂纹、冷裂纹和缩裂之分。热裂纹断面被强烈氧化呈暗灰色或黑色,无金属光泽;冷裂纹断面洁净,有金属光泽;缩裂是与缩孔、缩松并存的一种内部缺陷。形成原因是:+ b0 x% C  ?5 S2 u/ \; r+ ^( h
    1)制件厚薄过于不均,使截面急剧变化处冷却不均而产生内应力,将脆弱地方拉裂;8 A, A0 C9 b& k/ o
    2)制件未凝固完毕就出模(保压时间不足),未凝固部位出现自由结晶凝固,不仅产生缩孔和缩松,而且产生缩裂;
, w& Y- u3 O1 z    3)由于金属芯子没有退让性,制件脱模也不能太迟,否则模芯将对制件收缩产生阻碍,使制件承受拉应力,脆弱部位将被拉裂;, i" q' K1 }- K
    4)模温低,尤其模芯温度过低,压力太小或加压太迟,使制件得不到压力补缩;% s9 N( H; f, n2 u9 N
    5)合金含脆性杂质太多,或合金易氧化,降低了制件金属的热塑性或降低了抵抗高氧化能力。
$ I0 J" k$ r' Q& S5 |; k0 j    改进措施:8 Y# [) M" P0 A( M( z
    1)重新设计制件,使其厚薄相差不要太大,并加大过渡的圆角半径;
4 Z0 c3 K. `- q6 k# V    2)保证制件始终在压力下结晶凝固,有足够的保压时间;
. s6 Z3 R- r) a/ ~2 {3 S. G    3)提高比压值,使制件一旦产生热裂,能产生塑性变形,进行愈合;
5 a: g* F3 v$ X" d. y    4)降低浇注温度,减轻偏析现象;! Z9 R6 U# r. E' G; }# V
    5)带有模芯的制件,需及时脱芯,且脱芯操作应平稳;! r/ d0 M+ c; ]1 m; P
    6)提高合金质量,注意熔炼操作。

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