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 N②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，这种危险直到金属形成足够厚的固体壳后才能排除。

下型发气区中的水汽上升是自然趋势，因此下型更应该多扎出气孔，松软的下型垫层应划出通气道。

3、砂芯的排气浇注的砂芯被金属液包围，并被剧烈加热，粘结剂分解产生大量气体，并且砂芯只有芯头同砂型芯座相连通，排气系统变的狭窄，形成瓶颈似的通道关隘，因此保持排气系统的通畅极为重要。

浇注时砂芯排气示意图：12 3如果砂芯涂料有破损，要及时修复，因为金属液淹没砂芯时，砂芯涂料破损处成为过滤气流，流动气流路程最短出口处气体最易在这些部位侵入金属液中，形成气孔。

浇注时在气体出口处点燃气体，可增加对气体的抽力，增大排出速度，并可防止气体爆炸振坏砂芯，并防止产生爆炸气孔（呛火）。

4、型砂水分控制水的临界发气温度最低，型砂发气区域最厚，因此水的发气量最大，所以应严格控制型砂水分含量，造型方法不同，水分含量有不同范围，一般高压造型控制在3-4%，手工或小造型机控制在4.5-6%。

混砂也很重要，湿型砂中不能有小粘土团、铁豆、绣铁丁、死昆虫等杂物，这些混入型砂中会形成分布杂乱的表面气孔。

混砂操作，应先干混，即旧砂、新砂、粘土、煤粉混均后，再加水湿混，如果先加水，干粉料易吸水，形成小粘土团，造成局部呛孔。

5、浇注温度与浇注速度与侵入气孔关系每一种产品都有一个合适的浇注速度，浇注速度过快，静压力增长过于迅速，易形成机械粘砂，同时铸型上部气体来不及排走，憋住在上型孤立的袋形空腔处，阻碍铁水充填产生呛火（气孔），同时抬箱力也大，易造成跑火。

对于形状复杂，体积细薄，难以设置排气系统的砂芯，浇速应慢些，这样可以是砂芯中过滤气体非定向流态时间长，气体大部分从芯的自由表面逸走，砂芯一旦被金属液淹没，气体压力就小，减小了气体侵入的危险性。

6、浇注温度对气孔影响提高铁液浇注温度，降低铁液粘度，使气体易从铁液中排走，是防止气孔的有效措施，但容易带来缩孔、缩松，粘砂和析出气孔缺陷，如缸盖这种复杂薄壁件，砂芯复杂，细薄窄小，排气不通畅，浇温在1320-1350℃以下时就容易出现气孔，但浇温高时超过1420℃时就易出现断芯、脉纹、飞翅等缺陷，在铁液含硫高时，硫以FeS、MnS化合物形态存在于铁液中，会增加铁液粘度，气泡便难以排出，含硫量不应超过0.08%。

7、浇冒口设置提高直浇道高度，增加静压力，设置溢流冒口排出冷而脏含气泡的铁液，可防止明通气孔根部出现气孔，机器造型，特别是高压造型，紧实度大，硬度高，水分偏高时易产生水爆炸，能使铸件产生呛孔或表面粗糙、粘砂，水分突发性的气化现象称为水爆炸。

8、特殊类型的侵入气孔、脱壳与皮片。

浇注时气体强烈阻碍金属液流动，侵占了型腔表面空间，形成铸件表面缺陷，称为特殊类型气孔，形成原因：上升金属液面，把型腔气体憋住，在顶部袋形空腔中，形成气封，在气封中气体压力超过铁液静压力和动压力，液面停止上升，当气体透过型壁被迫排走，压力下降，铁液又开始流动，进入气封所占空间，所以周围脱壳是由再流动的金属液弧形流头形成的。

（如493缸体底部齐子与边沿，加气针后若好转，说明就是此原因）皮片：浇注时型腔中气体被憋住，形成气封或气层，它能使铁液停止流动，后又发生进入气封的铁液再流动，再流动的铁液不能同原停止流动的铁液相溶接，形成可剥落的金属片，即皮片。

解决以上缺陷措施是：排走袋形空腔内气体，不容易形成气封，就不产生脱壳皮片缺陷，最简单的办法就是设置出气针或出气孔。

张部长：王微负责根据本次培训内容出试题并存档。

一分厂开式线生产493缸体，7月份气孔占总废品的40%，静压线气孔缺陷较少，在1%左右，分析两条线的差异，变化点在哪？总之，减少发气加强排气，就不会形成气孔。

铸造问题的解决与分析，关键在于钻、学，以及现场经验。

江铃工程师提到，铸造是一门经验科学。

年轻人一定要多动脑，多看多沟通多问，再做出判断，衡量问题原因。

问题的起因是综合性的，同样的铸造质量问题具有反复性。

杨刚：浇速不同；静压线砂芯的发气方式要畅通。

浇注温度高于开式线浇温，末浇温度在1380℃-1390℃，末浇温度如果较低，铁水结壳早，堵塞排气道，气体不能逸出，形成气孔。

张部长：缸体主体芯和盖芯是冷芯，优点是不变形。

水套芯主排气道，浇注时，受热气体上升，通道堵塞后，铁水包围砂芯，气体不能逸出，形成气孔。

缸盖水套芯排气较差，与江铃比较没有主排气道，更容易形成气孔。

北区的测温枪可能有问题，测量首浇温度是1420℃，但是铁水颜色偏红。

于师傅：排气阻力比较大，不易逸出气体。