鑄件氣孔缺陷的成因及防止措施

1、鑄件氣孔缺陷的成因及防止措施摘要：系統(tǒng)地分析和探討了鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生原因，提出了相應(yīng)的防治方法，對鑄造工作者有一定的借鑒作用。氣孔是一種常見的鑄件缺陷，其形狀一般為球形、扁圓形或長條形。氣孔形成的原因是在金屬液凝固時(shí)，鑄件某一部位的局部氣體壓力超過了金屬液的壓力。氣體總是順著阻力最小的通路流動(dòng)，通常都朝著鑄件的上部移動(dòng)。侵入氣體或析出氣孔也會(huì)使鑄件的表面呈現(xiàn)凹囊狀孔洞或形成皮下氣孔。針孔、氣疤以及某些形式的疏松都是侵入氣體或析出氣孔的變態(tài)。識(shí)別氣孔比較容易，闡明氣孔的成因則較為困難。氣孔和縮孔在外表上極為相似，經(jīng)常容易混淆。一般來說，氣孔的內(nèi)壁是平滑的，而縮孔的內(nèi)壁則枝狀結(jié)晶的末梢狀。這種簡

2、單的鑒別方法，在大多數(shù)情況下是可行的，但有時(shí)也會(huì)引起誤解，致使判斷錯(cuò)誤而蒙受經(jīng)濟(jì)損失。以下兩種情況容易產(chǎn)生混淆，需要進(jìn)行細(xì)致的分析。一是氣孔出現(xiàn)在產(chǎn)生了縮孔的部位；二是縮孔和氣孔出現(xiàn)在相同的部位，二者都容易發(fā)生在鑄件最后凝固的部位，即鑄件截面最厚處或厚薄截面交接處。氣孔雖有多種不同形態(tài)，但仍可將其歸并在一起討論。筆者結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐并參閱有關(guān)資料，對氣孔的產(chǎn)生原因及其防止措施進(jìn)行分析和探討。1 .鑄件和模樣設(shè)計(jì)對所有的氣孔缺陷來說，有兩種可行的解決方法：一是減少發(fā)氣量或降低氣體壓力；二是在發(fā)氣量不變的情況下，采取措施使氣體容易逸出，如提高壓力，在氣體產(chǎn)生缺陷之前使氣體從出氣孔中排出去。如果鑄

3、件或模樣的結(jié)構(gòu)，妨礙造型工采取上述措施而產(chǎn)生了氣孔缺陷，則應(yīng)從模樣或鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上找原因。芯頭或出氣孔不足芯頭設(shè)計(jì)的太小，使砂芯排氣不暢，會(huì)造成氣孔。如果制模工未在模樣的芯頭上做出合適的砂溝，芯頭上的出氣孔可能會(huì)被金屬液堵塞而出現(xiàn)氣孔。鑄件設(shè)計(jì)不合理造成金屬液壓頭不夠在厚薄不均的鑄件中，因?yàn)楹窠孛嫣幋嬖谘a(bǔ)縮不良的危險(xiǎn)，容易產(chǎn)生氣孔。氣體匯聚在分型面上，會(huì)在分型面處產(chǎn)生氣孔，產(chǎn)生原因是氣體匯聚在上下型之間，不能很快從分型面排出，生產(chǎn)中可以在分型面上開出幾條通氣槽，以使氣體逸出砂型，避免這類缺陷的產(chǎn)生。2 .砂箱及其準(zhǔn)備(1)箱帶距型面過近若箱帶距型面過近，會(huì)使靠近箱帶處型腔表面的排氣能力降低，

4、致使出現(xiàn)氣孔。如果箱帶是潮濕的，或刷過泥漿水，由于在箱帶處會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，則問題更為嚴(yán)重。箱壁距型面過近與上述的箱帶距型面太近的情況相似，箱壁距型面過近也會(huì)產(chǎn)生同樣的問題，這種情況十分普遍，人們都希望在砂箱里盡可能多的布置些鑄件，但鑄件排列過密，會(huì)妨礙氣體流動(dòng)，使大量氣體聚集在靠近箱壁的型腔內(nèi)而容易產(chǎn)生氣孔。熱砂與冷砂箱相遇會(huì)產(chǎn)生水蒸氣凝聚，造成該部位砂型中的水分過多。上箱太淺產(chǎn)生氣孔缺陷的一個(gè)常見原因是上箱高度不夠。金屬液在凝固時(shí)對鑄型和砂芯的壓力與補(bǔ)縮鑄件的金屬液柱高度成正比，即與直澆道或冒口的高度成正比。如果金屬液的壓力小于型壁氣體壓力，就可能產(chǎn)生侵入氣孔。(4)直澆道和冒口距箱帶或箱

5、壁過近這會(huì)產(chǎn)生和上述和相同的問題。離心鑄造用金屬型壁上的出氣孔不夠氣疤是金屬液壓力低于氣體壓力而形成的一種特殊形態(tài)的氣孔。這里的金屬液壓力與轉(zhuǎn)速(離心力)有關(guān)。離心鑄造用金屬型壁的出氣孔不夠，會(huì)產(chǎn)生氣孔，生產(chǎn)中可采用更高的轉(zhuǎn)速以迫使氣體排出。3 .澆冒口系統(tǒng)(1)壓頭太低即使已選好了高度適宜的上箱，能夠滿足直澆道和冒口的高度要求，也會(huì)存在金屬液壓力太低的問題。如果內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)不合理，在鑄件完全凝固之前，內(nèi)澆道先凝固了，盡管直澆道高度適宜，還是不能維持液體金屬的靜壓力直到鑄件的硬殼有因此，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，最重要的是應(yīng)使?jié)沧⑾到y(tǒng)始終保持足夠的金屬液壓力,了一定的硬度，足以抵擋氣體的壓力而不致受到

6、破壞。引起湍流的澆注系統(tǒng)系統(tǒng)。上述情況都會(huì)造成湍流,能造成斷流的澆注系統(tǒng)滿狀態(tài)，便會(huì)造成斷流。冒口的高度或尺寸不夠應(yīng)避免使用無錐度的和沒有澆口窩的直澆道，以及急轉(zhuǎn)彎的橫澆道和內(nèi)澆道并將空氣卷入金屬液內(nèi)。卷入的空氣隨后被帶入型腔而在鑄件中形成氣孔。倘若直澆道或橫澆道的截面積太小，就不能使所有的內(nèi)澆道都始終保持充冒口的高度或尺寸不夠，使不能保證足夠的靜壓力，從而使鑄件產(chǎn)生各種氣孔缺陷。當(dāng)金屬液流經(jīng)冒口或由冒口注入時(shí)，這部分液流就決定了靜壓頭的大小。止匕外，只有當(dāng)金屬呈液態(tài)使才能維持靜壓頭。如果內(nèi)澆道的入口處很快凝固(如壓邊澆道)，那么冒口便成了在靜壓下補(bǔ)充液體金屬的唯一來源。因此，冒口的高度和尺寸

7、對金屬液阻止型壁材料析出氣體的能力有影響。直澆道或內(nèi)澆道設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)使空氣或型腔中的氣體被卷入金屬液，因此應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)圓形的澆口杯，因?yàn)檫@種澆口杯會(huì)產(chǎn)生漩渦，澆口杯的底孔直徑至少應(yīng)和直澆道的頂端直徑一樣大，；直澆道下面應(yīng)有澆口窩，橫澆道上應(yīng)避免急轉(zhuǎn)彎，否則均會(huì)將空氣卷入金屬液中。4 .型砂(1)型砂中水分過高這是鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷的一個(gè)主要原因。過高的水分是指超出某一種型砂所需的水量，必須嚴(yán)格控制型砂中的水分，以免產(chǎn)生大量的水蒸氣，其壓力不能超過金屬液的壓力。造型材料的透氣性差砂型的透氣性差通常是由于型砂中細(xì)砂太多或粒度不均勻所造成的。在實(shí)際生產(chǎn)中，必須確定是什么原因造成了透氣性差，如果原砂的粒

8、度分布分散，那么其透氣性一定會(huì)變差。原砂中加入細(xì)砂會(huì)降低透氣性，如果篩除細(xì)砂后還不能增加其透氣性，應(yīng)加入大量(40%-30%顆粒均勻的砂子，以獲得比較集中的粒度分布。型砂中若具有數(shù)量較多的煤粉、瀝青或其他發(fā)氣材料時(shí)，就需要較高的透氣性，以使較多的氣體排出去，因此，生產(chǎn)中應(yīng)盡量減少型砂中發(fā)氣物質(zhì)的加入量。型砂中混有外來雜質(zhì)型砂中的外來雜質(zhì)，如鐵豆、鐵釘、焦炭塊、煤渣塊等，與熔融金屬相接觸便會(huì)產(chǎn)生氣體，就可能在鑄件中形成局部氣孔。因此，對所有的原砂都應(yīng)檢查有無外來雜質(zhì)。型砂中有小團(tuán)塊狀的粘土小團(tuán)塊粘土中含水量高，當(dāng)接觸到金屬液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量氣體。型砂混制不良型砂混制不良也會(huì)使局部型砂產(chǎn)生高度集中的

9、氣體。無論采用什么型號(hào)的混砂機(jī)，都應(yīng)該規(guī)定一個(gè)最佳的混砂時(shí)間。混砂時(shí)間太短會(huì)使型砂不能充分混合，另外混砂機(jī)刮板或輾輪磨損也會(huì)引起混制不充分。(6)發(fā)氣材料的顆粒太粗會(huì)造成型砂某一部位氣體高度集中。涂料中發(fā)氣材料的含量過多無論是在型砂還是涂料中，當(dāng)產(chǎn)生氣體的無機(jī)物過多時(shí)，就會(huì)在鑄件中形成氣孔。5 .制芯砂芯引起的氣孔容易同砂型引起的氣孔相混淆。由于氣體在型腔中總是向上移動(dòng)，氣泡很可能是從砂芯表面開始形成，然后向上型腔表面方向移動(dòng)，最后出現(xiàn)在濕砂型型壁上或其附近。有一種氣孔是由于局部刷涂料的砂芯引起的。這種浸過或刷過涂料的砂芯，整個(gè)表面都不透氣。若這層涂料在濕態(tài)下搬運(yùn)或烘干時(shí)受到破損，砂芯內(nèi)部產(chǎn)生

10、的氣體，必定會(huì)從涂料破損處或薄弱部位逸出。在一個(gè)部位若集中太多的氣體，有可能超出了型砂的排氣能力，氣孔便會(huì)從該處散布在鑄件的截面上。(1)砂芯未烘干或未硬化未烘干或未硬化的砂芯，包括油砂芯、樹脂砂芯和熱芯盒砂芯，都會(huì)放出大量的氣體。在正常情況下，這部分氣體應(yīng)該在烘干過程中予以排除。粘結(jié)劑加入量過多在制芯過程中，若砂芯中含有粘土和有機(jī)雜質(zhì)，就要增加粘結(jié)劑用量，而粘結(jié)劑含量高，產(chǎn)生的氣體量也大。砂芯的透氣性不好。砂芯排氣不暢原因是出氣孔的數(shù)量太少或尺寸太小；出氣孔在砂芯粘合時(shí)被堵塞或出氣孔被砂芯涂料堵塞，以及出氣孔相互間未貫通。金屬液進(jìn)入出氣孔。砂芯粘結(jié)劑用量過多或水分過多。砂芯的涂料層太厚、破損

11、或未烘干。因砂芯涂料層表面損壞，致使氣體滯留在鑄件的厚截面處。(8)砂芯或涂料中的發(fā)氣材料太多。砂芯在儲(chǔ)存過程中或在砂型中吸濕返潮。多數(shù)砂芯粘合劑和膩?zhàn)佣际俏鼭竦?，而且比砂芯本身的吸濕性更為?yán)重。(10)吊鉤、鐵絲或吊具暴露在砂芯外。(11)砂芯中的冷鐵或填縫材料未干。(12)砂芯中吊鉤或吊架處填砂后未烘干。(13)砂芯中混入諸如草根、樹葉、焦炭、煤塊等雜物。(14)芯砂混合不良。6.造型(1)冷熱材料相遇砂型、砂芯、砂箱、冷鐵、砂鉤、砂撐，以及冒口的金屬蓋板和芯骨，只要其中的一種是熱的而另一種是冷的，就會(huì)因水蒸氣凝結(jié)而產(chǎn)生氣孔。砂芯和冷鐵最容易出現(xiàn)這種問題，但是所用的任何材料，無論比砂型熱還

12、是比砂型冷，都會(huì)出現(xiàn)返潮現(xiàn)象，若不立即進(jìn)行澆注，這一現(xiàn)象就會(huì)加重。砂型通氣不良在某些情況下，由于砂型的透氣性不佳，尤其是大砂型，不能迅速地把氣體排出。為了彌補(bǔ)這一缺陷，必須在砂型中做出足夠多的排氣道。帶擋塊的通氣棒或通氣針能防止扎穿型腔，其通氣效果有時(shí)比與型腔相通的排氣道的通氣效果要好(因?yàn)榕艢獾廊襞c型腔相通，一旦金屬液流入排氣道后，會(huì)把排氣道堵塞)。另外，砂型的通氣能力差，會(huì)在砂芯或砂型中形成背壓。砂芯中放出的氣體，必須有一條引出的通道，否則形成的背壓會(huì)把氣體逼入金屬液中，從而造成氣孔。砂型未干透為使鑄件表面光潔，便于清除表面砂粒以及對型面的保護(hù)，尤其是對于大砂型，要在型面上噴刷涂料。作為保

13、護(hù)型面的材料，多半能懸浮于水或其他液體中，會(huì)產(chǎn)生氣體。因此，應(yīng)把砂型徹底烘干，否則就會(huì)產(chǎn)生氣孔。另外，型腔較深的砂型在烘干時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干燥不均現(xiàn)象。在特定條件下舂砂方法不對過分的舂緊或壓實(shí)，會(huì)在模樣的隆起部位形成硬塊而導(dǎo)致局部透氣性降低，這種情況會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔。砂鉤、固砂木片、芯骨或箱帶距模樣太近因?yàn)樵谶@些物體的周圍有水蒸氣凝聚，有可能產(chǎn)生氣孔,當(dāng)砂鉤距模樣太近時(shí)，其下面的型砂肯能舂不實(shí)，這樣金屬液就會(huì)直接與砂鉤接觸，從而在鑄件表面產(chǎn)生凹坑或出現(xiàn)氣孔。(6)砂鉤上浸涂的泥漿過厚用于封堵砂鉤的泥漿太厚，泥漿中的水分會(huì)轉(zhuǎn)移到型砂中，使該部位砂型中的水分過多而造成氣孔。泥漿的波美度應(yīng)在30-40之間

14、。濕型修型或修補(bǔ)過度過度的修型會(huì)使型面過硬，水分會(huì)移向表面，使該部位的透氣性降低，因而產(chǎn)生氣。用水分過高的型砂進(jìn)行修補(bǔ)或在修補(bǔ)時(shí)使用海綿或水筆蘸水，也是產(chǎn)生氣孔的根源。(8)封箱泥條太濕或距型腔太近在分型面上用的泥條、濕粘合膏或濕粘土，尤其當(dāng)用量過多時(shí)就如同在砂鉤上過多刷泥漿的效果一樣，會(huì)產(chǎn)生氣孔。澆口杯和澆注系統(tǒng)太潮濕如果澆口杯舂的過硬或過于潮濕，會(huì)使進(jìn)入其中的金屬液沸騰，把氣體卷入型腔而產(chǎn)生針孔。(10)砂箱中填砂不足有時(shí)型砂和砂箱均合適，但砂箱中的型砂不足，也可能產(chǎn)生氣孔。加高砂箱中的型砂可建立較高的靜壓頭，使金屬液的壓力超過氣體的壓力。(ID脫模劑用量過多脫模劑是產(chǎn)生氣體的一個(gè)來源，如

15、用量過多就會(huì)造成氣孔。多余的脫模劑可用抹布或壓縮空氣吹管將其從模樣上除去。(12)砂型的涂料或涂膏抹得過厚或未烘干涂料涂刷次數(shù)太多，或涂膏抹得過厚均會(huì)引起氣孔，因?yàn)橛羞^多的水分或揮發(fā)物留在型面上。7 .金屬成分凡能改變金屬液中氣體溶解度的因素，都是與氣孔缺陷有關(guān)的主要因素。金屬液中的氣體溶解度比固體金屬中的溶解度大得多。當(dāng)金屬凝固時(shí)，這部分氣體要從金屬中逸出，或以過飽和狀態(tài)留存在金屬中，在正常情況下，這部分氣體向外逸出是不成問題的，但若砂型產(chǎn)生的外部壓力過高，從金屬液中逸出氣體就會(huì)受到限制，氣體就會(huì)以氣泡的形式留在鑄件里而產(chǎn)生針孔。金屬中的金屬雜質(zhì)、爐料中未經(jīng)清理的廢鋼，以及鋼中硅與鋁的殘留量

16、不當(dāng)，都會(huì)影響氣體在熔融金屬中的溶解度。8 .熔煉在熔煉過程中，會(huì)有大量的氣體進(jìn)入金屬液，增加了產(chǎn)生氣孔缺陷的傾向。(1)鋼金屬液在爐中進(jìn)行長時(shí)間和劇烈的沸騰，能使金屬液中的氣體逸出。溶解于金屬中的各種氣體在沸騰期以擴(kuò)散方式進(jìn)入向液面上升的一氧化碳和二氧化碳?xì)馀萘髦?，從而把氣體排出。由于氧氣的擴(kuò)散速度最快，最先逸出，其他氣體則按其擴(kuò)散速度的順序相繼逸出。脫氧要在包中進(jìn)行，除氣不當(dāng)?shù)匿撘?，?huì)造成針狀微氣孔。鑄鐵因氣孔而報(bào)廢的鐵鑄件，其中大多數(shù)是由于澆入砂型的鐵液溫度過低造成的。在鑄造生產(chǎn)中，熔化是容易引起鑄件缺陷的重要工序之一，產(chǎn)生的氣孔大多位于鑄件的表皮下，加工前不容易發(fā)現(xiàn)。這種缺陷通常是由于澆注溫度低造成的。低溫鐵液和流動(dòng)性下降表示鐵液可能已經(jīng)被氧化或從耐火材料中吸收了氧化物。有色金屬大多數(shù)有色金屬都很能吸氣。而大部分鑄造車間在明焰爐中熔化有色金屬，火焰直接接觸金屬液，從而使金屬液進(jìn)一步吸氣。為防止在鑄件中產(chǎn)生微氣孔(疏松)，