浅谈铸件气孔的产生及其防止措施

浅谈铸件气孔的产生及其防止措施气孔是铸造生产中常见的铸件缺陷之一。在铸件的废品中，据统计，由于气孔导致的铸件废品占废品总数的三分之一左右。气孔是气体聚集在铸件表面、皮下和内部而形成的空洞。气孔的孔壁光滑，无一定的形状、尺寸和位置。气孔有各种类型，其产生的原因各不相同，按气体来源，一般将气孔分为三类：侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔。一、侵入性气孔由于浇注过程中液态金属对铸型激烈的热作用，使型砂和芯砂中的发气物（水分、粘接剂等）气化、分解和燃烧，生成大量气体，加上型腔中原有的气体，这些气体部分侵入液态金属内部而不能逸出所产生的孔洞，称为侵入性气孔。1.侵入性气孔的形成条件由于浇注时铸型在液态金属的高温作用下产生大量气体，从而使液态金属和铸型界面上的气体压力骤然增加，气体可能侵入液态金属，也有可能从型砂或冒口、出气孔中排出型外，只有在满足下列条件的情况下型（芯）砂中的气体才会侵入液态金属即P气>p液+p阻+p腔式中p气：液态金属和砂型界面的气体压力；P液：液态金属的静压力（p液=pgh）P阻：气体侵入液态金属时，由于液态金属表面张力而引起的阻力P腔：型腔中液态金属液面上的气体压力2.防止侵入性气孔的主要方法和工艺措施（1）降低砂型（芯）界面的气体压力是最有效的手段。如选用透气性好，发气量低的造型材料；控制型砂的水分及其它发气附加物；应用发气量低、发气速度慢、发气温度高的粘结剂；砂型（芯）排气要畅通，增加出气孔，提高铸型的排气能力；浇注后及时引火。引火后可听到气体的爆燃声和砂箱周围燃烧的火焰，砂箱移开后，可看到下部潮湿的痕迹。说明有大量的气体产生如H2、O2、CO、H2S等气体。（2）适当提高浇注温度，延迟凝固时间，使侵入的气体有充分的时间从液态金属中上浮和逸出。（3）加快浇注速度，增加上砂型高度，使有效压力头增加，提高液态金属的静压力。（4）浇注系统在设置时，应注意液态金属流的平稳，浇注千万不能中断，防止气体卷入金属液中。（5）出钢后，让钢液静置5—10分钟，使钢液中的气体逸出。二析出性气孔溶解在液态金属中的气体，在冷却凝固过程中，由于溶解度降低而析出形成的气孔，称为析出性气孔。（1）特征析出性气孔数量多、尺寸小，形状呈圆形、椭圆形或针状。在铸件断面呈大面积均匀分布，主要是氢气孔和氮气孔，这是铸钢件中常见的缺陷，铸铁件中相对较少。析出性气孔形成机理金属具有吸附和溶解气体的能力(如氢、氮、氧等)。尤其在液态时，能够溶解大量气体。其形成过程分吸附和扩散两个阶段。a)吸附阶段气体分子与金属原子由于靠分子间引力吸附到金属表面，称为物理吸附。物理吸附不牢固，也不能进入金属内部，吸附量不大且只能在低温下进行。而某些气体分子(如氢气、氧气)碰撞到金属表面后被离解为原子，由于化学键的作用被吸附在金属表面，称为化学吸附。化学吸附的气体量随温度升高而增加。扩散阶段被化学吸附在金属液表面的气体原子能继续渗入到金属内部这个过程即为扩散。大量气体扩散到金属液内部并保留其中，称为溶解。气体的析出及气孔的形成溶解在金属液中的气体，在温度低和外界气氛压力降低时，就会从金属中析出，部分挣脱吸附克服阻力逸出，部分由于金属液表面凝固阻力大于浮力而形成气孔。防止析出性气孔的方法。主要从三个方面采取措施：减少合金的吸气量。清洁炉料，烘干炉衬和浇注工具，缩短熔炼时间，避免液态金属和炉气的接触，减少熔炼吸气等。合金液的除气处理。可用加入元素除气法或吹入惰性气体,以及真空除气法等。阻止气体的析出。提高铸件冷却速度，提高外界气氛的压力等。三反应性气孔由于液态金属与铸型界面之间、液态金属与渣之间或液态金属内部元素之间发生了某些化学反应产生气体而形成的孔洞，称为反应性气孔。反应性气孔特征这些气孔一般均匀成群分布，且往往产生于铸件皮下形成皮下气孔，又因其形状呈针头状，又称针孔。此类气孔在铸钢件中出现较多。反应性气孔形成机理a)铸钢件的皮下气孔。铸钢件的皮下气孔形状为垂直于铸件表面呈针状，分布于皮下l-3mm处，数量多而尺寸小，直径ei-》3mm,表面光滑，呈银白色或蓝黑色，清砂后少数气孔露出，热处理去氧化皮后有更多气孔露出。在生产实践中发现如下形象：薄壁铸钢件的底面比侧面和上面的针孔多(底面水分不易蒸发)；厚壁铸钢件则上面针孔多；湿型铸造比干型多，湿型分型面处尤多；钢液脱氧不良针孔多。对于皮下气孔形成的机理有两种观点：一是氢气学说，二是一氧化碳学说。氢气学说认为，钢液于铸型水汽接触发生化学反应分解成氢，一部分逸出，一部分溶解在钢液中，使钢液中氢含量达到饱和。当铸件凝固时，钢液含有的氢要从固相中析出而被赶到金属固—-液界面上，形成氢偏析，使界面上氢浓度大大提高。如果钢液中含有较多FeO,则在铸件皮下FeO与氢反应生成H20。水成为非自发性气核，钢液中析出的氢向气核集中，形成气泡并长大，最终形成气孔。一氧化碳学说认为，当钢液脱氧不良有残存的FeO或钢液与水汽反应生成FeO，这些氧化铁与钢液中的碳发生反应生成CO。其防止办法除气和脱氧，尽量减少钢中的氢和氧化铁；严格控制型砂中的水分；造型时尽量减少刷水；增强铸型的排气能力。b）球墨铸铁件的皮下气孔。皮下气孔是球墨铸铁件的主要缺陷之一。在铸件下1—2.5mm处，多为Cl-C3mm圆形或长形小孔。在生产实践中发现：铁液含硫高，特别是残留镁量高时皮下气孔严重；浇注温度过低是皮下气孔严重；湿型比干型多，湿型砂水分越多皮下气孔愈多；小件内浇口附近皮下气孔较多，壁厚在8-15mm的铸件易形成皮下气孔。铁液内部析出的气体有镁的蒸气、硅铁和稀土合金带进的氢、铁液因凝固溶解度降低析出的氢气。外部侵入的气体有铁液中逸出的和铁液表面的硫化镁与铸型的水蒸发生反应生成的气体。铁液内析出的气体以及侵入的气体，受到球墨铸铁液表面氧化膜的阻止，而不能尽快逸出型外，铸件凝固后气体便留在铸件皮下，形成皮下气孔。其防止措施如下:（1）在保证球化的前提下，尽量减少镁的残留量。（2）铁液中的含硫量尽量降低。因硫与镁生成硫化镁，硫化镁与水汽生成硫化氢气体。（3）尽量减少型砂中的水分。提高透气性。孕育硅铁要预热、烘烤。（4）铁液充型要快且平稳，采用开放式浇注系统。提高浇注温度，一般应控制在1350°C以上。（5）控制冷却速度。铸件凝固速度快，皮下气孔减少，因为一方面使溶解的气体来不及析出；另一方面铸件很快结壳防止界面气体侵入。凝固速度慢，皮下气孔也少。因为析出和侵入的气体有足够时间逸出型外，所以皮下气孔小且少。（6）型砂中配入煤粉。煤粉在高温下产生还原性气体，在金属—铸型界面形成保护层，防止铁液氧化，可减少皮下气孔。只有我们了解