铸件气孔缺陷的成因及防止措施

铸件气孔缺陷的成因及防止措施摘要：系统地分析和探讨了铸件气孔缺陷的产生原因，提出了相应的防治方法，对铸造工作者有一定的借鉴作用。气孔是一种常见的铸件缺陷，其形状一般为球形、扁圆形或长条形。气孔形成的原因是在金属液凝固时，铸件某一部位的局部气体压力超过了金属液的压力。气体总是顺着阻力最小的通路流动，通常都朝着铸件的上部移动。侵入气体或析出气孔也会使铸件的表面呈现凹囊状孔洞或形成皮下气孔。针孔、气疤以及某些形式的疏松都是侵入气体或析出气孔的变态。识别气孔比较容易，阐明气孔的成因则较为困难。气孔和缩孔在外表上极为相似，经常容易混淆。一般来说，气孔的内壁是平滑的，而缩孔的内壁则枝状结晶的末梢状。这种简单的鉴别方法，在大多数情况下是可行的，但有时也会引起误解，致使判断错误而蒙受经济损失。以下两种情况容易产生混淆，需要进行细致的分析。一是气孔出现在产生了缩孔的部位；二是缩孔和气孔出现在相同的部位，二者都容易发生在铸件最后凝固的部位，即铸件截面最厚处或厚薄截面交接处。气孔虽有多种不同形态，但仍可将其归并在一起讨论。笔者结合多年的生产实践并参阅有关资料，对气孔的产生原因及其防止措施进行分析和探讨。 1.铸件和模样设计对所有的气孔缺陷来说，有两种可行的解决方法：一是减少发气量或降低气体压力；二是在发气量不变的情况下，采取措施使气体容易逸出，如提高压力，在气体产生缺陷之前使气体从出气孔中排出去。 如果铸件或模样的结构，妨碍造型工采取上述措施而产生了气孔缺陷，则应从模样或铸件的结构设计上找原因。 芯头或出气孔不足 芯头设计的太小，使砂芯排气不畅，会造成气孔。如果制模工未在模样的芯头上做出合适的砂沟，芯头上的出气孔可能会被金属液堵塞而出现气孔。 铸件设计不合理造成金属液压头不够 在厚薄不均的铸件中，因为厚截面处存在补缩不良的危险，容易产生气孔。 气体汇聚在分型面上，会在分型面处产生气孔，产生原因是气体汇聚在上下型之间，不能很快从分型面排出，生产中可以在分型面上开出几条通气槽，以使气体逸出砂型，避免这类缺陷的产生。 2.砂箱及其准备 箱带距型面过近 若箱带距型面过近，会使靠近箱带处型腔表面的排气能力降低，致使出现气孔。如果箱带是潮湿的，或刷过泥浆水，由于在箱带处会产生大量的气体，则问题更为严重。 箱壁距型面过近 与上述的箱带距型面太近的情况相似，箱壁距型面过近也会产生同样的问题，这种情况十分普遍，人们都希望在砂箱里尽可能多的布置些铸件，但铸件排列过密，会妨碍气体流动，使大量气体聚集在靠近箱壁的型腔内而容易产生气孔。热砂与冷砂箱相遇会产生水蒸气凝聚，造成该部位砂型中的水分过多。 上箱太浅 产生气孔缺陷的一个常见原因是上箱高度不够。金属液在凝固时对铸型和砂芯的压力与补缩铸件的金属液柱高度成正比，即与直浇道或冒口的高度成正比。如果金属液的压力小于型壁气体压力，就可能产生侵入气孔。 直浇道和冒口距箱带或箱壁过近 这会产生和上述和相同的问题。 离心铸造用金属型壁上的出气孔不够 气疤是金属液压力低于气体压力而形成的一种特殊形态的气孔。这里的金属液压力与转速（离心力）有关。离心铸造用金属型壁的出气孔不够，会产生气孔，生产中可采用更高的转速以迫使气体排出。 3.浇冒口系统 压头太低 即使已选好了高度适宜的上箱，能够满足直浇道和冒口的高度要求，也会存在金属液压力太低的问题。如果内浇道的设计不合理，在铸件完全凝固之前，内浇道先凝固了，尽管直浇道高度适宜，还是不能维持液体金属的静压力。 因此，在设计浇注系统时，最重要的是应使浇注系统始终保持足够的金属液压力，直到铸件的硬壳有了一定的硬度，足以抵挡气体的压力而不致受到破坏。 引起湍流的浇注系统 应避免使用无锥度的和没有浇口窝的直浇道，以及急转弯的横浇道和内浇道系统。上述情况都会造成湍流，并将空气卷入金属液内。卷入的空气随后被带入型腔而在铸件中形成气孔。 能造成断流的浇注系统 倘若直浇道或横浇道的截面积太小，就不能使所有的内浇道都始终保持充满状态，便会造成断流。 冒口的高度或尺寸不够 冒口的高度或尺寸不够，使不能保证足够的静压力，从而使铸件产生各种气孔缺陷。当金属液流经冒口或由冒口注入时，这部分液流就决定了静压头的大小。 此外，只有当金属呈液态使才能维持静压头。如果内浇道的入口处很快凝固（如压边浇道），那么冒口便成了在静压下补充液体金属的唯一来源。因此，冒口的高度和尺寸对金属液阻止型壁材料析出气体的能力有影响。 直浇道或内浇道设计不当 会使空气或型腔中的气体被卷入金属液，因此应尽量避免设计圆形的浇口杯，因为这种浇口杯会产生漩涡，浇口杯的底孔直径至少应和直浇道的顶端直径一样大，；直浇道下面应有浇口窝，横浇道上应避免急转弯，否则均会将空气卷入金属液中。 4.型砂 型砂中水分过高 这是铸件产生气孔缺陷的一个主要原因。过高的水分是指超出某一种型砂所需的水量，必须严格控制型砂中的水分，以免产生大量的水蒸气，其压力不能超过金属液的压力。 造型材料的透气性差 砂型的透气性差通常是由于型砂中细砂太多或粒度不均匀所造成的。 在实际生产中，必须确定是什么原因造成了透气性差，如果原砂的粒度分布分散，那么其透气性一定会变差。原砂中加入细砂会降低透气性，如果筛除细砂后还不能增加其透气性，应加入大量（40%-30%)颗粒均匀的砂子，以获得比较集中的粒度分布。 型砂中若具有数量较多的煤粉、沥青或其他发气材料时，就需要较高的透气性，以使较多的气体排出去，因此，生产中应尽量减少型砂中发气物质的加入量。 型砂中混有外来杂质 型砂中的外来杂质，如铁豆、铁钉、焦炭块、煤渣块等，与熔融金属相接触便会产生气体，就可能在铸件中形成局部气孔。因此，对所有的原砂都应检查有无外来杂质。 型砂中有小团块状的粘土 小团块粘土中含水量高，当接触到金属液时，会产生大量气体。 型砂混制不良 型砂混制不良也会使局部型砂产生高度集中的气体。无论采用什么型号的混砂机，都应该规定一个最佳的混砂时间。混砂时间太短会使型砂不能充分混合，另外混砂机刮板或辗轮磨损也会引起混制不充分。 发气材料的颗粒太粗 会造成型砂某一部位气体高度集中。 涂料中发气材料的含量过多 无论是在型砂还是涂料中，当产生气体的无机物过多时，就会在铸件中形成气孔。 5.制芯 砂芯引起的气孔容易同砂型引起的气孔相混淆。由于气体在型腔中总是向上移动，气泡很可能是从砂芯表面开始形成，然后向上型腔表面方向移动，最后出现在湿砂型型壁上或其附近。有一种气孔是由于局部刷涂料的砂芯引起的。这种浸过或刷过涂料的砂芯，整个表面都不透气。若这层涂料在湿态下搬运或烘干时受到破损，砂芯内部产生的气体，必定会从涂料破损处或薄弱部位逸出。在一个部位若集中太多的气体，有可能超出了型砂的排气能力，气孔便会从该处散布在铸件的截面上。 砂芯未烘干或未硬化 未烘干或未硬化的砂芯，包括油砂芯、树脂砂芯和热芯盒砂芯，都会放出大量的气体。在正常情况下，这部分气体应该在烘干过程中予以排除。 粘结剂加入量过多 在制芯过程中，若砂芯中含有粘土和有机杂质，就要增加粘结剂用量，而粘结剂含量高，产生的气体量也大。 砂芯的透气性不好。 砂芯排气不畅 原因是出气孔的数量太少或尺寸太小；出气孔在砂芯粘合时被堵塞或出气孔被砂芯涂料堵塞，以及出气孔相互间未贯通。 金属液进入出气孔。 砂芯粘结剂用量过多或水分过多。 砂芯的涂料层太厚、破损或未烘干。因砂芯涂料层表面损坏，致使气体滞留在铸件的厚截面处。 砂芯或涂料中的发气材料太多。 砂芯在储存过程中或在砂型中吸湿返潮。多数砂芯粘合剂和腻子都是吸湿的，而且比砂芯本身的吸湿性更为严重。 吊钩、铁丝或吊具暴露在砂芯外。 砂芯中的冷铁或填缝材料未干。 砂芯中吊钩或吊架处填砂后未烘干。 砂芯中混入诸如草根、树叶、焦炭、煤块等杂物。 芯砂混合不良。6.造型 冷热材料相遇 砂型、砂芯、砂箱、冷铁、砂钩、砂撑，以及冒口的金属盖板和芯骨，只要其中的一种是热的而另一种是冷的，就会因水蒸气凝结而产生气孔。砂芯和冷铁最容易出现这种问题，但是所用的任何材料，无论比砂型热还是比砂型冷，都会出现返潮现象，若不立即进行浇注，这一现象就会加重。 砂型通气不良 在某些情况下，由于砂型的透气性不佳，尤其是大砂型，不能迅速地把气体排出。为了弥补这一缺陷，必须在砂型中做出足够多的排气道。带挡块的通气棒或通气针能防止扎穿型腔，其通气效果有时比与型腔相通的排气道的通气效果要好（因为排气道若与型腔相通，一旦金属液流入排气道后，会把排气道堵塞）。 另外，砂型的通气能力差，会在砂芯或砂型中形成背压。砂芯中放出的气体，必须有一条引出的通道，否则形成的背压会把气体逼入金属液中，从而造成气孔。 砂型未干透 为使铸件表面光洁，便于清除表面砂粒以及对型面的保护，尤其是对于大砂型，要在型面上喷刷涂料。作为保护型面的材料，多半能悬浮于水或其他液体中，会产生气体。因此，应把砂型彻底烘干，否则就会产生气孔。另外，型腔较深的砂型在烘干时，会产生干燥不均现象。 在特定条件下舂砂方法不对 过分的舂紧或压实，会在模样的隆起部位形成硬块而导致局部透气性降低，这种情况会使铸件产生气孔。 砂钩、固砂木片、芯骨或箱带距模样太近 因为在这些物体的周围有水蒸气凝聚，有可能产生气孔，当砂钩距模样太近时，其下面的型砂肯能舂不实，这样金属液就会直接与砂钩接触，从而在铸件表面产生凹坑或出现气孔。 砂钩上浸涂的泥浆过厚 用于封堵砂钩的泥浆太厚，泥浆中的水分会转移到型砂中，使该部位砂型中的水分过多而造成气孔。泥浆的波美度应在30-40之间。 湿型修型或修补过度 过度的修型会使型面过硬，水分会移向表面，使该部位的透气性降低，因而产生气。用水分过高的型砂进行修补或在修补时使用海绵或水笔蘸水，也是产生气孔的根源。 封箱泥条太湿或距型腔太近 在分型面上用的泥条、湿粘合膏或湿粘土，尤其当用量过多时就如同在砂钩上过多刷泥浆的效果一样，会产生气孔。 浇口杯和浇注系统太潮湿 如果浇口杯舂的过硬或过于潮湿，会使进入其中的金属液沸腾，把气体卷入型腔而产生针孔。 砂箱中填砂不足 有时型砂和砂箱均合适，但砂箱中的型砂不足，也可能产生气孔。加高砂箱中的型砂可建立较高的静压头，使金属液的压力超过气体的压力。 脱模剂用量过多 脱模剂是产生气体的一个来源，如用量过多就会造成气孔。多余的脱模剂可用抹布或压缩空气吹管将其从模样上除去。 砂型的涂料或涂膏抹得过厚或未烘干 涂料涂刷次数太多，或涂膏抹得过厚均会引起气孔，因为有过多的水分或挥发物留在型面上。 7.金属成分 凡能改变金属液中气体溶解度的因素，都是与气孔缺陷有关的主要因素。金属液中的气体溶解度比固体金属中的溶解度大得多。当金属凝固时，这部分气体要从金属中逸出，或以过饱和状态留存在金属中，在正常情况下，这部分气体向外逸出是不成问题的，但若砂型产生的外部压力过高，从金属液中逸出气体就会受到限制，气体就会以气泡的形式留在铸件里而产生针孔。 金属中的金属杂质、炉料中未经清理的废钢，以及钢中硅与铝的残留量不当，都会影响气体在熔融金属中的溶解度。 8.熔炼 在熔炼过程中，会有大量的气体进入金属液，增加了产生气孔缺陷的倾向。 钢 金属液在炉中进行长时间和剧烈的沸腾，