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，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雜，尺寸變動是無規(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)，內部氣孔只有在機加工后才能顯示出來，有的皮下氣 孔在噴砂后或機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、析出氣孔和內外反應氣孔。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 時產生的氣孔稱為侵入性氣孔。1、它的形狀特征：團球形、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，孔壁呈 藍色；是氫氣時，孔壁是金屬色，發(fā)亮；是水蒸氣時，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：大多情況下是單個或幾個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、強度高、緊實度大（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，在砂型毛細管內形成較高壓 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，便進入鐵水中，關系式為：PAPo+PM+PNPA表示氣體侵入壓力Po型腔中氣體壓力，即標準大氣壓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金屬液潤濕型壁時也就是型砂組成砂粒較粗、緊實度較低情況，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?？紫吨?， 形成機械粘砂，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，體積又要擴大幾倍，并迅速向壓 力小、濕度低的深層轉移，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，向四處擴散，同時一部分侵入到鐵水中，當 金屬液充滿型腔時，由于砂粒間隙大，鐵水易侵入，不利于上型排氣， 型腔內氣體會聚集在界面上形成氣坑或皮下大氣孔?？傊饘僖翰?潤濕型壁時，有利于防止粘砂，但易使氣體侵入形成氣孔，潤濕型壁 時有利于防止侵入氣孔，但易形成機械粘砂。金屬液不潤濕型壁時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。當侵入氣體在型壁上形 成氣泡核或氣泡，同時又發(fā)生凝固結殼，并且速度相匹配時，產生如 下影響：金屬液不潤濕型壁時，殘留在型壁上的氣泡核，可能形成氣坑

6、，或 表面氣孔，潤濕時可能產生皮下氣孔。金屬鑄型界面發(fā)生化學反應，使界面金屬層富含氫或氮氣時，能使 鑄件產生反應氣孔，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，氣體元素擴散到氣泡中，使之變大，如果固體殼 內鐵液仍有上升，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、在氧化膜或凝固結殼，也會阻礙氣體排出。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，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管而將其堵塞，上浮至型面 上的氣泡不能排出，會形成單個或多個氣孔。砂芯條件比較惡劣，粘結劑等發(fā)氣量較大，氣體四下擴散。 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，鐵液易滲入形成機械粘砂或表面粗糙，如果 濕透氣過低，低于下下限，鑄件易產生侵入氣孔。濕透氣性的上下限 值應根據(jù)具體生產情況而定，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， 只要保證混砂質量，緊實均勻甚至可定為 30。表面硬度：一般 145 造型機65-70,148造型機80-90，高壓造型90以上，濕透性高，表面 硬度可高些，反之表面硬度也應低些。2、人工增強砂型通氣能力，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，從界面到型壁達到100等溫面這一 區(qū)域，水分成為大量水蒸氣，向內有侵入鐵液傾向，向外擴散到溫度 低于100區(qū)域中，水蒸氣遇冷又重新凝結成水分，此區(qū)域中水分可 達原始水分的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性，這種危險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，因此下型更應該多扎出氣 孔，松軟的下型墊層應劃出通氣道。3、砂芯的排氣澆注的砂芯被金屬液包圍，并被劇烈加熱，粘結劑分解產生大量氣體， 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 似的通道關隘，因此保持排氣系統(tǒng)的通暢極為重要。澆注時砂芯排氣示意圖：123如果砂芯涂料有破損，要及時修復，因為金屬液淹沒砂芯時，砂 芯涂料破損處成為過濾氣流，流動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。澆注時在氣體出口處點燃氣體，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，所以應嚴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%，手工或小造型機控制在4.5-6%。 混砂也很重要，濕型砂中不能有

11、小粘土團、鐵豆、繡鐵丁、死昆蟲等雜物，這些混入型砂中會形成分布雜亂的表面氣孔。混砂操作，應先 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，造成局部嗆孔。5、澆注溫度與澆注速度與侵入氣孔關系每一種產品都有一個合適的澆注速度，澆注速度過快，靜壓力增 長過于迅速，易形成機械粘砂，同時鑄型上部氣體來不及排走，憋住 在上型孤立的袋形空腔處，阻礙鐵水充填產生嗆火（氣孔），同時抬 箱力也大，易造成跑火。對于形狀復雜，體積細薄，難以設置排氣系 統(tǒng)的砂芯，澆速應慢些，這樣可以是砂芯中過濾氣體非定向流態(tài)時間 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， 如缸蓋這種復雜薄壁件，砂芯復雜，細薄窄小，排氣不通暢，澆溫在 1320-1350以下時就容易出現(xiàn)氣孔，但澆溫高時超過1420時就易 出現(xiàn)斷芯、脈紋、飛翅等缺陷，在鐵液含硫高時，硫以FeS、MnS化 合物形態(tài)存在于鐵液中，會增加鐵液粘度，氣泡便難以排出，含硫量 不應超過0.08%。7、澆冒口設置提高直澆道高度，增加靜壓力，設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，機器造型，特別是高壓造型，緊實

13、度大，硬度高，水分偏高時易產生水爆炸，能使鑄件產生嗆孔或 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。澆注時氣體強烈阻礙金屬液流動，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 液靜壓力和動壓力，液面停止上升，當氣體透過型壁被迫排走，壓力 下降，鐵液又開始流動，進入氣封所占空間，所以周圍脫殼是由再流 動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，說明就是此原因）皮片：澆注時型腔中氣體被憋住，形成氣封或氣層，它能使鐵液停止

14、流動，后又發(fā)生進入氣封的鐵液再流動，再流動的鐵液不能同原停止 流動的鐵液相溶接，形成可剝落的金屬片，即皮片。解決以上缺陷措施是：排走袋形空腔內氣體，不容易形成氣封， 就不產生脫殼皮片缺陷，最簡單的辦法就是設置出氣針或出氣孔。張部長：王微負責根據(jù)本次培訓內容出試題并存檔。一分廠開式 線生產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，變化點在哪？總之，減少發(fā)氣加強 排氣，就不會形成氣孔。鑄造問題的解決與分析，關鍵在于鉆、學，以及現(xiàn)場經驗。江鈴 工程師提到，鑄造是一門經驗科學。年輕人一定要多動腦，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，同樣的鑄造質量問題具有反復性。楊剛：澆速不同；靜壓線砂芯的發(fā)氣