铸件渣孔、砂孔及夹涂料统称为夹杂缺陷。夹杂物是指金属内部或表面存在的与基本金属材质不同的物质，主要来源于金属在熔炼、浇注和凝固过程中与其它非金属元素或化合物发生反应而形成的产物，以及在浇注过程中卷入的杂质（主要是砂粒、黏土、煤粉以及涂料等造型材料）。

夹杂物的分类：

一次夹杂物：在浇注前存在或产生的夹杂物称为一次夹杂物，主要是在熔炼和液体金属处理（比如脱氧、脱硫以及孕育和球化处理）过程中产生或残留的杂质。

二次夹杂物：在浇注和充型过程中，液体金属表面与空气接触会产生氧化膜，由于金属流动而产生紊流、涡流及飞溅，会加剧氧化物的产生，这些氧化物会被卷入液体金属内部。如果这些氧化物在凝固前来不及上浮到表面，则会在金属内部形成夹杂。此外，在金属凝固过程中，随着温度的下降，某些化合物会达到过饱和状态并在枝晶间析出，也可以形成非金属夹杂物。

外来夹杂物：液态金属在充型过程中对型腔内的砂型（芯）表面冲刷，造成型（芯）砂和涂料层的脱落，形成夹砂和夹涂料缺陷。

夹杂物和气孔的辨别：气孔内表面一般较光滑，与铸件本体的材质相同，而夹杂物的孔洞内则分布着细小的颗粒或粉状物（夹涂料），且没有金属光泽。但有时这两种孔洞很难区别，往往需要借助于扫描电镜甚至能谱分析才能得出结论。

渣气孔是由金属液中的渣子自身产生的气体造成的，既有渣孔也有气孔的特征。

夹杂物的判断：

判断夹杂物的类型可以推断出其产生的原因从而采取针对性措施。一般根据夹杂物的特征、分布来判断，但实际生产中，有时要区分夹杂具体是哪种夹杂物并不是很容易，需要综合考虑多种因素甚至需要借助于分析仪器（如显微镜、扫描电镜以及能谱分析等）来判断。

宁夏共享铸钢有限公司的鲁云在“大型铸钢件夹杂类缺陷产生原因分析及对策”一文中给出了以下经验：

外来金属夹杂物形状不规则，结构，色泽和性能不同于基体金属，一般位于铸件内部，可以通过断面检查、金相检验结合无损检测做出判断。夹渣，渣气孔，渣缩松是由熔渣引起的非金属夹杂物，形状不规则，通常位于铸件的上表面，芯子下的铸件表面或铸件的死角处。夹渣一般与气孔或缩孔共生，表现形式为夹渣内含气孔，气孔内含夹渣，还有一种是夹渣外气孔成群分布，且在铸件的断面上均无金属光泽。 一般在铸件经过清理后，在铸件的表面上会留下呈大片片状或斑点状分布的形状不规则的孔洞，且无金属光泽。在渣气孔和渣缩孔中常含有SiO2颗粒的非金属夹杂物。砂眼是指铸件内部或表面包裹有砂粒，砂块或涂料块的孔洞，常伴有冲砂，掉砂，夹砂等缺陷，一般位于铸件的内部或者表面，铸件表面的砂眼用肉眼外观检查即可发现，铸件内部的砂眼需要用超声波或射线探伤进行检验。有时难以区分砂眼和夹渣，要通过断面检查才能确定。

东风汽车股份有限公司的洪恒发和梁雷在“灰铸铁缸体缸盖非典型夹杂物缺陷案例分析”一文中介绍了薄壁铸铁件中出现的涂料夹杂、气体夹杂及氧化夹杂3种孔眼缺陷的形貌特征及检测和判断方法：

1. 涂料夹杂：缸体毛坯上箱面水泵位置突发孔眼不良（如图1 所示），比例达100%，缺陷弥散分布，深度0.3~1.0mm，显微镜下观察缺陷形态，缺陷表面粗糙，存在不明夹杂物细颗粒，如图2 所示。，在扫描电镜下观察缺陷形貌，缺陷表面存在颗粒状夹杂物（如图3 所示），颗粒尺寸与涂料中的耐火骨料粒度接近（小于100 μm），能谱分析检测到Si、Al、C、Zr等化学元素，也和涂料中的耐火骨料成分有良好的对应关系。为验证缸体上箱水泵部位的孔眼缺陷是否和涂料直接相关，取消水泵砂芯涂料，共试验5 件，发现上箱无明显的孔眼缺陷（水泵内腔粘砂严重），进一步说明缸体上箱孔眼为涂料夹杂缺陷。缺陷对应位置的砂芯（水泵芯）原使用水基石墨+锆英粉涂料，常温下（浸涂烘干后）用指甲刮蹭砂芯表面涂层，未出现明显的质量异常（脱落），分析认为，缺陷可能和该涂料的高温抗爆裂性能有关。在其他工艺条件不变情况下，采用某外资公司生产的水基涂料，铸件该部位的孔眼缺陷问题得到了根本解决。


图1



图2



图3

2. 气体夹杂：铸件上表面出现弥散分布的孔眼缺陷（或铸件加工后暴露的孔眼缺陷），缺陷形态形状不规则，孔眼表面不光滑，极易和渣眼缺陷（铁液熔渣、除渣剂、孕育剂等夹杂物）相混淆。缸体铸件毛坯，上箱表面一直存在大面积弥散孔眼，孔眼数量多，深度约1~2 mm（如图4所示）。通过扫描电镜观察到缺陷表面呈条纹状，未发现明显的颗粒状或片状夹杂物，能谱分析未检测到与铁液熔渣、除渣剂、孕育剂及型砂粘土矿物等相关的化学元素。为探寻上箱孔眼的来源，针对原材料进行了相关的排除性试验，最终确认上箱孔眼缺陷和覆膜砂发气量之间存在对应关系，在降低覆膜砂发气量至15ml/g之后，该孔眼缺陷基本消除。


图4

3. 氧化夹杂：，作者公司生产某缸体时，凸轮轴（偏下箱）部位出现了弥散性孔眼（如图5所示），对缺陷部位进行扫描电镜分析，发现缺陷表面存在明显的夹杂物，夹杂物呈块状、棉絮状分布（如图6所示），能谱分析检测到较高的O含量及Fe、Al、Si等化学元素。根据缺陷的形貌特征和组成元素，初步判断缺陷可能为氧化夹杂物孔眼。经过对比试验，判定氧化夹杂缺陷源于充型路径中有铁液溢流至型腔引起的铁液氧化。对溢流位置的模具尺寸进行修改后（高度降低1.0mm），缸体凸轮轴孔部位孔眼缺陷得到根本解决。


图5

图6

文章作者指出，铸件的夹杂物缺陷成因复杂，影响因素众多，通过扫描电镜和能谱观察缺陷的形貌特征、分析缺陷物质的组成元素，有利于甄别非典型夹杂物缺陷的大致类型及来源，缩短缺陷的攻关周期。砂芯发气引起的气体夹杂缺陷具有非典型的形貌特征，极易和砂眼或渣眼缺陷相混淆。

第一拖拉机股份有限公司的程俊伟等在“铸铁件非金属夹杂缺陷成因分析”一文中仪分析了大批量湿型砂生产的铸铁件中几种非金属夹杂物缺陷的类型与成因。

1. 缸体表面涂料夹杂缺陷。缺陷铸件为薄壁复杂铸件，对缺陷进行电镜扫描和能谱分析，表明 , 缺陷中存在含有Zr、Si、Al 等主要成分的化合物质，尤其是锆的含量极高，高达 36.67%，其次是氧含量 30.94%，硅含量12.78%。由于铸铁熔炼中没有使用含锆的预处理剂，在出炉和浇注阶段也未使用含锆的孕育剂，初步断定缺陷物质来至砂芯使用的锆英涂料，缺陷为非金属夹杂。
2. 缸体水套口夹渣夹杂缺陷。缺陷位置位于铸件浇注型腔的最高处，距离内浇口的最远处。缺陷成弥散分布，在水套口位置相对较多。能谱成分分析显示缺陷处的MgO成分异常偏高。经过排查和试验验证，表明该缺陷为所用除渣剂质量波动所致。
3. 壳体隔板夹杂夹砂缺陷。对孔洞内的物质进行了电镜扫描和能谱分析，图7的能谱分析结果显示其主要成分为Si和O，结合电镜图片确认其为硅砂粒。

图7

图8的能谱分析结果显示有 Na、Al、Si、K、Ca、Fe 的氧化物和C的存在，因为造型砂使用的钠基膨膨润土中一般都含有 SlO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、、

K2O、CaO 等化合物，生产上正在使用石墨涂料，因此确定夹杂物为型砂中钠基膨润土、硅砂和石墨涂料的混合夹杂物。

图8

预防和消除夹杂缺陷的措施：

在分析出夹杂物的类型和产生的原因后，即可有针对性地采取一些措施。

一次夹杂物

熔炼环节：确保炉料清洁，减少杂质。严格控制铁液成分，降低有害元素磷、硫和氧元素的含量；熔炼后静置一段时间，以利于非金属夹杂物的聚集和上浮，扒渣扒得干净些。孕育剂和球化剂要保持干燥，粒度合适。

炉衬（包括炉口）、包衬按时清理和修补，去除杂物。

浇注时使用挡渣板，有条件时尽量采用浇口塞，铁液浇满浇口盆后再拔塞，使渣子充分浮到上面。

浇注系统：合理设置浇注系统使之充分发挥挡渣的作用，在夹杂物容易停留的部位（如横浇道末端）设置集渣包。

使用过滤片。中小型铸件使用过滤可以有效地减少渣子进入铸件，但大型铸件时应该小心，过滤片容易堵塞且有冲碎的可能。

二次夹杂物：

在保证球化质量的前提下，把Mg和稀土的含量控制得尽量低，以减低镁和稀土的残留量。

控制硫和氧的含量在最低水平。

做好再生砂的质量检测。型砂含泥量过高会导致粘结剂及固化剂消耗量增大，从而使型砂中的含硫量升高。

浇注系统设计方面除了要考虑挡渣效果，还要考虑维持液体的稳定流动，以尽量减少紊流从而减少氧化物的产生。

外来夹杂物：

• 型芯强度要高，型砂质量要好，否则会产生冲砂缺陷。比如，大型铸件的砂型24小时抗拉强度要达到10.-12.MPa。
• 合箱前要清理型芯表面，去除浮砂和浮灰。
• 把涂料用好。用涂料保护砂型表面是防止砂眼缺陷的必要条件。好的涂料和好的涂刷质量可以增强型芯表面的强度，起到保护砂型芯表面的作用，减少型芯表面的浮砂，避免冲砂形成砂眼缺陷。但是如果涂料质量差或者没有把涂料用好，则不但使涂料的保护作用大打折扣，还会额外增加夹涂料的风险。

把涂料用好，防止产生夹杂缺陷

• 涂层应该光滑平整，没有裸型、流淌和堆积
• 涂层厚度要合适，过厚则容易脱落，过薄则容易造成冲砂和粘砂缺陷。
• 涂料应该具有足够的常温强度，若强度过低则在搬运和合箱过程中涂料容易被蹭掉，既失去了对型芯表面的保护作用，又会形成“夹涂料”缺陷。
• 防止涂层脱落。起皮脱落的涂料会造成“夹涂料”缺陷：
  • 涂料应该具有良好的附着力，粘度过高的涂料不容易附着在型芯表面。
  • 涂层厚度要合适，过厚则容易脱落。
  • 涂料应该具有足够的渗透深度。对于覆膜砂等砂芯，应该采取措施增加涂料的渗透能力：水基涂料可以增加渗透剂含量，醇基涂料可以将首层（第一遍）涂料调稀。
  • 水基涂料的干燥速度过快会加剧涂层从基体剥落。
  • 如果在热芯盒和壳芯表面尚有余热时上涂料，则容易造成涂层剥落，应该控制砂芯温度不要过高，且应该在涂料中适当增加渗透剂含量。
• 涂料应该具有一定的抵抗铁水的冲刷的能力。在高温下应该具有一定的强度和抗爆裂性能，前述防止涂层剥落的措施均有助于提高高温抗爆裂性能。调整涂料骨料组成，使其在高温下具有合适的烧结性能也会有效地提高抵抗铁水冲刷的能力。

笔者依靠上述思路，先后成功地消除了某厂出现的管件夹杂缺陷和江苏某铸造厂的刹车盘渣气孔缺陷。