皮下气孔的形成原因及其预防解决措施

皮下气孔的形成原因及其预防解决措施

一、皮下气孔的产生可能与充型过程中铁液表层氧化结皮有关：氧化所产生的氧化物成为气泡的气核和部分气源，而氧化皮则使气泡被阻留在铸件表层，因而形成皮下气孔。高温铁液要冷却到一定温度才会氧化结皮，结皮温度取决于其化学成分，因而与原铁液成分、球化剂、孕育剂的成分和加入量有关。提高浇注温度，使铁液温度在充型过程中始终高于结皮温度，是防止铁液氧化结皮引起皮下气孔的有效方法；而在铁液成分和温度相同的情况下，铁液外层是否容易氧化结皮，取决于它与型壁和型腔气体的接触时间长短，也取决于型壁和型腔气体的激冷作用大小。快速大流量浇注有利于缩短上述接触时间和减小液流温度降低，恰当的紊流能使表层铁液不断更新并且有利于铁液内部气体的排除，而降低型砂水分和型腔湿度不但减少发气量，减少气源，而且还可以降低型壁和型腔气体的激冷作用，使铁液表层温度不容易降低到结皮温度，因而都有利于防止皮下气孔。二、有些因素对皮下气孔的影响是双重性的。如镁的影响。有利影响是：（1）加镁处理可以清除铁液中的气体；（2）加镁球化处理后铁液表面张力明显提高（从800～900erg/cm2提高到1240～1350erg/cm2），而试验表明，铁液表面张力低容易产生皮下气孔，铁液表面张力高就不会有皮下气孔。不利影响是：（1）在高温下析出镁蒸气，成为皮下气孔的气源；（2）增大铁液从潮湿的浇包、砂型等吸收氢气的倾向；（3）提高铁液结皮温度，使铁液容易氧化结皮，阻碍气泡溢出，等等。这些不利影响比有利影响更强烈，因而最终还是促进皮下气孔形成。

有些因素虽然会增大皮下气孔倾向，但并不能单独引起皮下气孔。例如，硫提高铁液氧化结皮温度，因而被认为是增大皮下气孔倾向的元素，但是在呋喃树脂砂铸造厂生产过程中，皮下气孔却很少。这可能是因为：（1）MgS要与水分反应，产生烟状MgO气体，才会引起皮下气孔，而呋喃树脂砂型基本上不含水分，由于没有水分参与反应，未能形成气源，也就不会引起皮下气孔；（2）呋喃树脂砂导热性较低,激冷作用较小，铁液表层降温速度缓慢，不容易达到结皮温度，因而皮下气孔倾向较轻。

三、引起皮下气孔的气体来源是多方面的：上世纪80年代初发现，灰铁气缸体由于包内孕育硅铁加入量过多，产生了严重的表面气孔；静压造型线投产后，也

曾经由于随流孕育量偏大引起大批灰铁气缸体产生皮下气孔，随流孕育量减少后，问题随即解决。以上事实否定了普通灰铸铁不会产生皮下气孔的报道，说明镁虽然是引起皮下气孔的重要因素，但并不是产生皮下气孔必不可少的因素，各种铁合金也同样可能由于把气体带进铁液，或者由于产生各种氧化物而引起表面气孔和皮下气孔。实践还表明，随流孕育增大球铁皮下气孔倾向的作用比灰铁更为明显。

四、浇注过程中发生液流中断容易导致液面氧化结皮，也可能引起皮下气孔，因此一个铸型生产多个铸件时，为确保铁液连续等流量地同时进入各个铸件型腔，要采用全封闭形式的浇注系统。绝不能为了追求“平稳”而采用开放式浇注系统，否则反而会引起严重的皮下气孔。而为了确保浇注系统的封闭状态免受破坏，不宜设置阻流闸门，并且尽量不使用过滤网，宁可采用薄而宽的内浇道挡渣。如果一定要采用过滤网挡渣，为减小其阻力影响，有效滤孔总面积至少为内浇道截面积的4倍以上。

五、有些资料认为厚大件不容易产生皮下气孔的原因是由于冷却速度较慢，使溶解在铁液中的高浓度气体可以在铁液内部扩散消失；但其他观点认为另一可能是由于厚大件浇注流量大，凝固时间也较长，表面氧化结皮时间推迟，铁液内部气体可以在表面结皮之前排除，因而不会产生皮下气孔。但夹杂物不可能排除，如果其数量较多，由于有较充分时间上浮，容易积聚在铸件顶面形成夹渣缺陷，因此厚大件的夹渣倾向一般大于皮下气孔倾向。

六、皮下气孔与铸型透气性关系不大，原因可能是其气源来自铁液内部或界面反应，而透气性对这些气体并无影响。采用排放冷铁液、型砂（或涂料）中加Fe2O3粉或其它添加剂、提高煤粉加入量等措施有时能稍为减轻皮下气孔，但作用有限且不稳定，对铁液流动距离较大的铸件作用更是微弱。冰晶石粉的作用较好，但不良副作用也较多。在生产条件较差，降低型砂水分和型腔湿度以及提高浇注温度都受到一定限制，或者效果并不明显的情况下，采用快速大流量浇注或者多道内浇道分散进铁工艺是简便易行，并能取得稳定效果的方法；而对于有技改条件的工厂，采用先进的熔炼工艺提高铁液质量，提高浇注温度并控制球化剂、孕育剂的加入量，采用先进的砂处理和造型设备，大幅度降低型砂水分，控制型砂温度、降低型腔湿度，才是防止皮下气孔的根本方法。