铸造缺陷-气孔的描述及分析

铸造缺陷-----气孔的概述以及分析

一、术语含义：金属液在凝固过程中陷入金属中的气泡，在铸件中形成的孔洞，称为气孔。还有气眼、气泡、呛火、呛等非正规名称，是孔壁光滑的孔洞类铸造缺陷。

二、目视特征：是指肉眼看到的铸件缺陷的形态特征，是区分气孔、缩孔、砂眼、加渣及确定气孔种类性质的依据。

1、形状：一般为球形或近似于球形、泪滴形、梨形、蠕虫状、长针形等气孔孔洞。

2、表面面貌：在肉眼观察下，气孔孔壁是平滑的，表面颜色有的发亮，有的金属本色，有的发蓝，灰铸铁孔洞表面有的附着一层碳膜。

3、尺寸：由于形成气孔原因复杂，尺寸变动是无规律的，有的大到10至20几毫米，有的小到不到1毫米。

4、部位：是指孔洞在铸件截面中的位置，一般可分为表面气孔，一落砂就可发现，内部气孔只有在机加工后才能显示出来，有的皮下气孔在喷砂后或机加工去除表面硬皮后才能发现。多出现在浇注位置的上面。

5、危害性：气孔是铸件常见和多发性缺陷，一般情况下，气孔使铸件报废数量约占铸件废品率的25%-80%。

6、气孔种类：从气孔形成原因、形成过程、形成机理来分类，气孔可分为5种，及侵入气孔、裹挟气孔、析出气孔和内外反应气孔。

下面先说一说最常见、发生最多的侵入型气孔。

一、从浇注到铸件凝固成壳期间，砂型、砂芯发生的气体侵入金属液

时产生的气孔称为侵入性气孔。

1、它的形状特征：团球形、梨形、泪滴形，小头所指是气体来源的方向。

2、表面面貌：孔壁平滑，铸件侵入气体主要成分是CO时，孔壁呈蓝色；是氢气时，孔壁是金属色，发亮；是水蒸气时，孔壁是氧化色，孔壁发暗，灰色。

3、一般尺寸较大，在几毫米以上。

4、部位：按浇注位置来说，常处于铸件上表面，去掉浇冒口或气针后可看到，有的粗加工后表现出来。

5、分布：大多情况下是单个或几个聚集的尺寸较大的气孔，很少成为弥散性气孔或针孔。

二、形成机理：

1、砂型：砂型中的气体侵入金属液，分为两种：①不润湿型：组成砂型型砂粒度细、强度高、紧实度大（硬），如静压线造型。高温铁水遇到湿砂型，表面水分极度气化膨胀，在砂型毛细管内形成较高压力，一部分向外透过砂型排入大气，一部分因压力大，超过铁水静压力，克服表面张力，便进入铁水中，关系式为：P A>P o+P M+P N P A——表示气体侵入压力

P o——型腔中气体压力，即标准大气压

P M——金属液静压力

P N——金属液表面阻力（表面张力和粘度）

P A P A

不润湿型润湿型

P A>P o+P M+P N P A>P o+P M+P N

②金属液润湿型壁时也就是型砂组成砂粒较粗、紧实度较低情况，砂粒间孔隙较大，有利于气体排出，但也使铁液容易渗入到砂粒孔隙中，形成机械粘砂，并堵死气体通道，并且湿砂型都有气体迁移问题，砂型表面水分100%气化，要比原水分体积大三倍，1300℃多度铁水能使水份离子化，就是分解成O与H，体积又要扩大几倍，并迅速向压力小、湿度低的深层转移，形成水份聚集区，还原成水，堵塞了气体通道，提高了气体压力，向四处扩散，同时一部分侵入到铁水中，当金属液充满型腔时，由于砂粒间隙大，铁水易侵入，不利于上型排气，型腔内气体会聚集在界面上形成气坑或皮下大气孔。总之，金属液不润湿型壁时，有利于防止粘砂，但易使气体侵入形成气孔，润湿型壁时有利于防止侵入气孔，但易形成机械粘砂。

金属液不润湿型壁时侵入气体容易在型壁上形成气泡，从而增大了形成侵入气孔的倾向性，金属液润湿型壁时侵入气体不容易在型壁

上形成气泡，从而减小了形成气孔的倾向性。当侵入气体在型壁上形成气泡核或气泡，同时又发生凝固结壳，并且速度相匹配时，产生如下影响：

⑴金属液不润湿型壁时，残留在型壁上的气泡核，可能形成气坑，或表面气孔，润湿时可能产生皮下气孔。

⑵金属铸型界面发生化学反应，使界面金属层富含氢或氮气时，能使铸件产生反应气孔，类似皮下气孔。

⑶气泡在金属液中排出或滞留，侵入金属液中的气泡，如果能从金属液中排出仍然不会形成气孔，反之则形成气孔。

涉及到铁水的几种典型情况：

⑴铁液浮力和粘度决定气泡上浮速度和大小，气泡上浮过程中还有大气泡兼并小气泡，气体元素扩散到气泡中，使之变大，如果固体壳内铁液仍有上升，更增大了气泡排出可能。

⑵如铁液温度降低有枝晶析出，粘度增大，会阻碍气泡上浮，增大气泡滞留可能性。（缸盖浇温低出气孔）

⑶凝固范围大合金结壳快的薄壁铸件，气体一旦侵入，气泡无法排

出，极易形成气孔。

⑷如果铁液表面存在氧化膜或凝固结壳，也会阻碍气体排出。

⑸如果采用顶注式或上雨淋浇注系统，金属液自上而下充满铸型，液面受液流冲激，上面温度高，并且不平静，气泡就容易排出，浇口上注式优于底注式。

⑹型腔充满时，金属液不润湿型壁气体在金属液向上的压力下，只

要砂型毛细管不堵塞，浮到铁水面上的气体就容易排出，不形成气孔，如果金属液润湿型壁铁液渗入砂粒间毛细管而将其堵塞，上浮至型面上的气泡不能排出，会形成单个或多个气孔。

砂芯条件比较恶劣，粘结剂等发气量较大，气体四下扩散。

三、防止和消除侵入气孔的对策和措施

1、降低砂粒间毛细管中的气体压力，主要措施是控制型砂湿透气性和湿型表面硬度，湿透气性要有一个范围，透气性过高超过了上限，意味着砂粒间孔隙过大，铁液易渗入形成机械粘砂或表面粗糙，如果湿透气过低，低于下下限，铸件易产生侵入气孔。湿透气性的上下限值应根据具体生产情况而定，高压造型，上限一般在140左右，下限为70-100，一般铸件上限在100，下限在50左右，如果手工造型，只要保证混砂质量，紧实均匀甚至可定为30。表面硬度：一般145造型机65-70,148造型机80-90，高压造型90以上，湿透性高，表面硬度可高些，反之表面硬度也应低些。

2、人工增强砂型通气能力，最常用方法是扎通气孔，扎通气孔深度有讲究，一般为不扎通。气孔顶端与型壁工作表面4-5mm扎透了，效果不好，甚至不起作用，扎的太浅是无效的，为什么呢？前面已说过，浇注后型壁被金属液加热，从界面到型壁达到100℃等温面这一区域，水分成为大量水蒸气，向内有侵入铁液倾向，向外扩散到温度低于100℃区域中，水蒸气遇冷又重新凝结成水分，此区域中水分可达原始水分的2-3倍，水分堵塞了砂粒间的孔隙，阻碍了水分的溢出，从而提高了发气区的气体压力，增加了气体侵入金属液的危险性，这