鑄造缺陷-氣孔的描述及分析

1、鑄造缺陷氣孔的概述以及分析一、術(shù)語含義：金屬液在凝固過程中陷入金屬中的氣泡，在鑄件中形 成的孔洞，稱為氣孔。還有氣眼、氣泡、嗆火、嗆等非正規(guī)名稱，是 孔壁光滑的孔洞類鑄造缺陷。二、目視特征：是指肉眼看到的鑄件缺陷的形態(tài)特征，是區(qū)分氣孔、 縮孔、砂眼、加渣及確定氣孔種類性質(zhì)的依據(jù)。1、形狀：一般為球形或近似于球形、淚滴形、梨形、蠕蟲狀、長針 形等氣孔孔洞。2、表面面貌：在肉眼觀察下，氣孔孔壁是平滑的，表面顏色有的發(fā) 亮，有的金屬本色，有的發(fā)藍(lán)，灰鑄鐵孔洞表面有的附著一層碳膜。 3、尺寸：由于形成氣孔原因復(fù)雜，尺寸變動(dòng)是無規(guī)律的，有的大到 10至20幾毫米，有的小到不到1毫米。4、部位：是指孔洞在

2、鑄件截面中的位置，一般可分為表面氣孔，一 落砂就可發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部氣孔只有在機(jī)加工后才能顯示出來，有的皮下氣 孔在噴砂后或機(jī)加工去除表面硬皮后才能發(fā)現(xiàn)。多出現(xiàn)在澆注位置的 上面。5、危害性：氣孔是鑄件常見和多發(fā)性缺陷，一般情況下，氣孔使鑄 件報(bào)廢數(shù)量約占鑄件廢品率的25%-80%。6、氣孔種類：從氣孔形成原因、形成過程、形成機(jī)理來分類，氣孔 可分為5種，及侵入氣孔、裹挾氣孔、析出氣孔和內(nèi)外反應(yīng)氣孔。下面先說一說最常見、發(fā)生最多的侵入型氣孔。一、從澆注到鑄件凝固成殼期間，砂型、砂芯發(fā)生的氣體侵入金屬液 時(shí)產(chǎn)生的氣孔稱為侵入性氣孔。1、它的形狀特征：團(tuán)球形、梨形、淚滴形，小頭所指是氣體來源的 方向。2、

3、表面面貌：孔壁平滑，鑄件侵入氣體主要成分是CO時(shí)，孔壁呈 藍(lán)色；是氫氣時(shí)，孔壁是金屬色，發(fā)亮；是水蒸氣時(shí)，孔壁是氧化色， 孔壁發(fā)暗，灰色。3、一般尺寸較大，在幾毫米以上。4、部位：按澆注位置來說，常處于鑄件上表面，去掉澆冒口或氣針 后可看到，有的粗加工后表現(xiàn)出來。5、分布：大多情況下是單個(gè)或幾個(gè)聚集的尺寸較大的氣孔，很少成 為彌散性氣孔或針孔。二、形成機(jī)理：1、砂型：砂型中的氣體侵入金屬液，分為兩種：不潤濕型：組成 砂型型砂粒度細(xì)、強(qiáng)度高、緊實(shí)度大（硬），如靜壓線造型。高溫鐵 水遇到濕砂型，表面水分極度氣化膨脹，在砂型毛細(xì)管內(nèi)形成較高壓 力，一部分向外透過砂型排入大氣，一部分因壓力大，超過鐵水

4、靜壓 力，克服表面張力，便進(jìn)入鐵水中，關(guān)系式為：PAPo+PM+PNPA表示氣體侵入壓力Po型腔中氣體壓力，即標(biāo)準(zhǔn)大氣壓PM金屬液靜壓力PN金屬液表面阻力（表面張力和粘度）不潤濕型PA潤濕型PAPo+PM+PNPAPo+PM+PN金屬液潤濕型壁時(shí)也就是型砂組成砂粒較粗、緊實(shí)度較低情況，砂 粒間孔隙較大，有利于氣體排出，但也使鐵液容易滲入到砂粒孔隙中， 形成機(jī)械粘砂，并堵死氣體通道，并且濕砂型都有氣體遷移問題，砂 型表面水分100%氣化，要比原水分體積大三倍，1300多度鐵水能 使水份離子化，就是分解成O與H，體積又要擴(kuò)大幾倍，并迅速向壓 力小、濕度低的深層轉(zhuǎn)移，形成水份聚集區(qū)，還原成水，堵塞了

5、氣體 通道，提高了氣體壓力，向四處擴(kuò)散，同時(shí)一部分侵入到鐵水中，當(dāng) 金屬液充滿型腔時(shí)，由于砂粒間隙大，鐵水易侵入，不利于上型排氣， 型腔內(nèi)氣體會(huì)聚集在界面上形成氣坑或皮下大氣孔?？傊?，金屬液不 潤濕型壁時(shí)，有利于防止粘砂，但易使氣體侵入形成氣孔，潤濕型壁 時(shí)有利于防止侵入氣孔，但易形成機(jī)械粘砂。金屬液不潤濕型壁時(shí)侵入氣體容易在型壁上形成氣泡，從而增大了形成侵入氣孔的傾向性，金屬液潤濕型壁時(shí)侵入氣體不容易在型壁 上形成氣泡，從而減小了形成氣孔的傾向性。當(dāng)侵入氣體在型壁上形 成氣泡核或氣泡，同時(shí)又發(fā)生凝固結(jié)殼，并且速度相匹配時(shí)，產(chǎn)生如 下影響：金屬液不潤濕型壁時(shí)，殘留在型壁上的氣泡核，可能形成氣坑

6、，或 表面氣孔，潤濕時(shí)可能產(chǎn)生皮下氣孔。金屬鑄型界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使界面金屬層富含氫或氮?dú)鈺r(shí)，能使 鑄件產(chǎn)生反應(yīng)氣孔，類似皮下氣孔。氣泡在金屬液中排出或滯留，侵入金屬液中的氣泡，如果能從金屬 液中排出仍然不會(huì)形成氣孔，反之則形成氣孔。涉及到鐵水的幾種典型情況：鐵液浮力和粘度決定氣泡上浮速度和大小，氣泡上浮過程中還有 大氣泡兼并小氣泡，氣體元素?cái)U(kuò)散到氣泡中，使之變大，如果固體殼 內(nèi)鐵液仍有上升，更增大了氣泡排出可能。如鐵液溫度降低有枝晶析出，粘度增大，會(huì)阻礙氣泡上浮，增大氣泡滯留可能性。（缸蓋澆溫低出氣孔）凝固范圍大合金結(jié)殼快的薄壁鑄件，氣體一旦侵入，氣泡無法排 出，極易形成氣孔。如果鐵液表面存

7、在氧化膜或凝固結(jié)殼，也會(huì)阻礙氣體排出。如果采用頂注式或上雨淋澆注系統(tǒng)，金屬液自上而下充滿鑄型， 液面受液流沖激，上面溫度高，并且不平靜，氣泡就容易排出，澆口 上注式優(yōu)于底注式。型腔充滿時(shí)，金屬液不潤濕型壁氣體在金屬液向上的壓力下，只 要砂型毛細(xì)管不堵塞，浮到鐵水面上的氣體就容易排出，不形成氣孔， 如果金屬液潤濕型壁鐵液滲入砂粒間毛細(xì)管而將其堵塞，上浮至型面 上的氣泡不能排出，會(huì)形成單個(gè)或多個(gè)氣孔。砂芯條件比較惡劣，粘結(jié)劑等發(fā)氣量較大，氣體四下擴(kuò)散。 三、防止和消除侵入氣孔的對策和措施1、降低砂粒間毛細(xì)管中的氣體壓力，主要措施是控制型砂濕透氣性 和濕型表面硬度，濕透氣性要有一個(gè)范圍，透氣性過高超

8、過了上限， 意味著砂粒間孔隙過大，鐵液易滲入形成機(jī)械粘砂或表面粗糙，如果 濕透氣過低，低于下下限，鑄件易產(chǎn)生侵入氣孔。濕透氣性的上下限 值應(yīng)根據(jù)具體生產(chǎn)情況而定，高壓造型，上限一般在140左右，下限 為70-100，一般鑄件上限在100，下限在50左右，如果手工造型， 只要保證混砂質(zhì)量，緊實(shí)均勻甚至可定為 30。表面硬度：一般 145 造型機(jī)65-70,148造型機(jī)80-90，高壓造型90以上，濕透性高，表面 硬度可高些，反之表面硬度也應(yīng)低些。2、人工增強(qiáng)砂型通氣能力，最常用方法是扎通氣孔，扎通氣孔深度 有講究，一般為不扎通。氣孔頂端與型壁工作表面4-5mm扎透了， 效果不好，甚至不起作用，扎

9、的太淺是無效的，為什么呢？前面已說 過，澆注后型壁被金屬液加熱，從界面到型壁達(dá)到100等溫面這一 區(qū)域，水分成為大量水蒸氣，向內(nèi)有侵入鐵液傾向，向外擴(kuò)散到溫度 低于100區(qū)域中，水蒸氣遇冷又重新凝結(jié)成水分，此區(qū)域中水分可 達(dá)原始水分的2-3倍，水分堵塞了砂粒間的孔隙，阻礙了水分的溢出， 從而提高了發(fā)氣區(qū)的氣體壓力，增加了氣體侵入金屬液的危險(xiǎn)性，這種危險(xiǎn)直到金屬形成足夠厚的固體殼后才能排除。下型發(fā)氣區(qū)中的水汽上升是自然趨勢，因此下型更應(yīng)該多扎出氣 孔，松軟的下型墊層應(yīng)劃出通氣道。3、砂芯的排氣澆注的砂芯被金屬液包圍，并被劇烈加熱，粘結(jié)劑分解產(chǎn)生大量氣體， 并且砂芯只有芯頭同砂型芯座相連通，排氣系

10、統(tǒng)變的狹窄，形成瓶頸 似的通道關(guān)隘，因此保持排氣系統(tǒng)的通暢極為重要。澆注時(shí)砂芯排氣示意圖：123如果砂芯涂料有破損，要及時(shí)修復(fù)，因?yàn)榻饘僖貉蜎]砂芯時(shí)，砂 芯涂料破損處成為過濾氣流，流動(dòng)氣流路程最短出口處氣體最易在這 些部位侵入金屬液中，形成氣孔。澆注時(shí)在氣體出口處點(diǎn)燃?xì)怏w，可 增加對氣體的抽力，增大排出速度，并可防止氣體爆炸振壞砂芯，并 防止產(chǎn)生爆炸氣孔（嗆火）。4、型砂水分控制水的臨界發(fā)氣溫度最低，型砂發(fā)氣區(qū)域最厚，因此水的發(fā)氣量最 大，所以應(yīng)嚴(yán)格控制型砂水分含量，造型方法不同，水分含量有不同 范圍，一般高壓造型控制在3-4%，手工或小造型機(jī)控制在4.5-6%。 混砂也很重要，濕型砂中不能有

11、小粘土團(tuán)、鐵豆、繡鐵丁、死昆蟲等雜物，這些混入型砂中會(huì)形成分布雜亂的表面氣孔?；焐安僮鳎瑧?yīng)先 干混，即舊砂、新砂、粘土、煤粉混均后，再加水濕混，如果先加水， 干粉料易吸水，形成小粘土團(tuán)，造成局部嗆孔。5、澆注溫度與澆注速度與侵入氣孔關(guān)系每一種產(chǎn)品都有一個(gè)合適的澆注速度，澆注速度過快，靜壓力增 長過于迅速，易形成機(jī)械粘砂，同時(shí)鑄型上部氣體來不及排走，憋住 在上型孤立的袋形空腔處，阻礙鐵水充填產(chǎn)生嗆火（氣孔），同時(shí)抬 箱力也大，易造成跑火。對于形狀復(fù)雜，體積細(xì)薄，難以設(shè)置排氣系 統(tǒng)的砂芯，澆速應(yīng)慢些，這樣可以是砂芯中過濾氣體非定向流態(tài)時(shí)間 長，氣體大部分從芯的自由表面逸走，砂芯一旦被金屬液淹沒，氣

12、體 壓力就小，減小了氣體侵入的危險(xiǎn)性。6、澆注溫度對氣孔影響提高鐵液澆注溫度，降低鐵液粘度，使氣體易從鐵液中排走，是 防止氣孔的有效措施，但容易帶來縮孔、縮松，粘砂和析出氣孔缺陷， 如缸蓋這種復(fù)雜薄壁件，砂芯復(fù)雜，細(xì)薄窄小，排氣不通暢，澆溫在 1320-1350以下時(shí)就容易出現(xiàn)氣孔，但澆溫高時(shí)超過1420時(shí)就易 出現(xiàn)斷芯、脈紋、飛翅等缺陷，在鐵液含硫高時(shí)，硫以FeS、MnS化 合物形態(tài)存在于鐵液中，會(huì)增加鐵液粘度，氣泡便難以排出，含硫量 不應(yīng)超過0.08%。7、澆冒口設(shè)置提高直澆道高度，增加靜壓力，設(shè)置溢流冒口排出冷而臟含氣泡 的鐵液，可防止明通氣孔根部出現(xiàn)氣孔，機(jī)器造型，特別是高壓造型，緊實(shí)

13、度大，硬度高，水分偏高時(shí)易產(chǎn)生水爆炸，能使鑄件產(chǎn)生嗆孔或 表面粗糙、粘砂，水分突發(fā)性的氣化現(xiàn)象稱為水爆炸。8、特殊類型的侵入氣孔、脫殼與皮片。澆注時(shí)氣體強(qiáng)烈阻礙金屬液流動(dòng)，侵占了型腔表面空間，形成鑄 件表面缺陷，稱為特殊類型氣孔，形成原因：上升金屬液面，把型腔 氣體憋住，在頂部袋形空腔中，形成氣封，在氣封中氣體壓力超過鐵 液靜壓力和動(dòng)壓力，液面停止上升，當(dāng)氣體透過型壁被迫排走，壓力 下降，鐵液又開始流動(dòng)，進(jìn)入氣封所占空間，所以周圍脫殼是由再流 動(dòng)的金屬液弧形流頭形成的。（如493缸體底部齊子與邊沿，加氣針 后若好轉(zhuǎn)，說明就是此原因）皮片：澆注時(shí)型腔中氣體被憋住，形成氣封或氣層，它能使鐵液停止

14、流動(dòng)，后又發(fā)生進(jìn)入氣封的鐵液再流動(dòng)，再流動(dòng)的鐵液不能同原停止 流動(dòng)的鐵液相溶接，形成可剝落的金屬片，即皮片。解決以上缺陷措施是：排走袋形空腔內(nèi)氣體，不容易形成氣封， 就不產(chǎn)生脫殼皮片缺陷，最簡單的辦法就是設(shè)置出氣針或出氣孔。張部長：王微負(fù)責(zé)根據(jù)本次培訓(xùn)內(nèi)容出試題并存檔。一分廠開式 線生產(chǎn)493缸體，7月份氣孔占總廢品的40%，靜壓線氣孔缺陷較少， 在1%左右，分析兩條線的差異，變化點(diǎn)在哪？總之，減少發(fā)氣加強(qiáng) 排氣，就不會(huì)形成氣孔。鑄造問題的解決與分析，關(guān)鍵在于鉆、學(xué)，以及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)。江鈴 工程師提到，鑄造是一門經(jīng)驗(yàn)科學(xué)。年輕人一定要多動(dòng)腦，多看多溝 通多問，再做出判斷，衡量問題原因。問題的起因是綜合性的，同樣的鑄造質(zhì)量問題具有反復(fù)性。楊剛：澆速不同；靜壓線砂芯的發(fā)氣