鑄件氣孔缺陷的成因及防止措施

1、鑄件氣孔缺陷的成因及防止措施摘要：系統(tǒng)地分析和探討了鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生原因，提出了相應(yīng)的防治方法，對(duì)鑄造工作者有一定的借 鑒作用。氣孔是一種常見(jiàn)的鑄件缺陷，其形狀一般為球形、扁圓形或長(zhǎng)條形。 氣孔形成的原因是在金屬液凝固時(shí)， 鑄件某一部位的局部氣體壓力超過(guò)了金屬液的壓力。 氣體總是順著阻力最小的通路流動(dòng)，通常都朝著鑄件 的上部移動(dòng)。侵入氣體或析出氣孔也會(huì)使鑄件的表面呈現(xiàn)凹囊狀孔洞或形成皮下氣孔。針孔、氣疤以及某 些形式的疏松都是侵入氣體或析出氣孔的變態(tài)。識(shí)別氣孔比較容易，闡明氣孔的成因則較為困難。氣孔和縮孔在外表上極為相似，經(jīng)常容易混淆。 一般來(lái) 說(shuō)，氣孔的內(nèi)壁是平滑的，而縮孔的內(nèi)壁則枝狀結(jié)晶

2、的末梢狀。 這種簡(jiǎn)單的鑒別方法，在大多數(shù)情況下是 可行的，但有時(shí)也會(huì)引起誤解，致使判斷錯(cuò)誤而蒙受經(jīng)濟(jì)損失。以下兩種情況容易產(chǎn)生混淆，需要進(jìn)行細(xì) 致的分析。一是氣孔出現(xiàn)在產(chǎn)生了縮孔的部位；二是縮孔和氣孔出現(xiàn)在相同的部位，二者都容易發(fā)生在鑄 件最后凝固的部位，即鑄件截面最厚處或厚薄截面交接處。氣孔雖有多種不同形態(tài)，但仍可將其歸并在一起討論。筆者結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐并參閱有關(guān)資料，對(duì)氣孔 的產(chǎn)生原因及其防止措施進(jìn)行分析和探討。1. 鑄件和模樣設(shè)計(jì)對(duì)所有的氣孔缺陷來(lái)說(shuō)，有兩種可行的解決方法：一是減少發(fā)氣量或降低氣體壓力；二是在發(fā)氣量不變的 情況下，采取措施使氣體容易逸出， 如提高壓力，在氣體產(chǎn)生缺陷之前

3、使氣體從出氣孔中排出去。如果鑄件或模樣的結(jié)構(gòu)， 妨礙造型工采取上述措施而產(chǎn)生了氣孔缺陷， 則應(yīng)從模樣或鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 上找原因。芯頭或出氣孔不足 芯頭設(shè)計(jì)的太小，使砂芯排氣不暢，會(huì)造成氣孔。 如果制模工未在模樣的芯頭上 做出合適的砂溝，芯頭上的出氣孔可能會(huì)被金屬液堵塞而出現(xiàn)氣孔。精品資料鑄件設(shè)計(jì)不合理造成金屬液壓頭不夠在厚薄不均的鑄件中， 因?yàn)楹窠孛嫣幋嬖谘a(bǔ)縮不良的危險(xiǎn)， 容 易產(chǎn)生氣孔。 氣體匯聚在分型面上， 會(huì)在分型面處產(chǎn)生氣孔， 產(chǎn)生原因是氣體匯聚在上下型之間， 不能很快從分型面 排出，生產(chǎn)中可以在分型面上開(kāi)出幾條通氣槽，以使氣體逸出砂型，避免這類缺陷的產(chǎn)生。2. 砂箱及其準(zhǔn)備 箱帶距型

4、面過(guò)近 若箱帶距型面過(guò)近，會(huì)使靠近箱帶處型腔表面的排氣能力降低，致使出現(xiàn)氣孔。 如果箱帶是潮濕的，或刷過(guò)泥漿水，由于在箱帶處會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，則問(wèn)題更為嚴(yán)重。 箱壁距型面過(guò)近 與上述的箱帶距型面太近的情況相似，箱壁距型面過(guò)近也會(huì)產(chǎn)生同樣的問(wèn)題，這 種情況十分普遍，人們都希望在砂箱里盡可能多的布置些鑄件，但鑄件排列過(guò)密，會(huì)妨礙氣體流動(dòng)，使大 量氣體聚集在靠近箱壁的型腔內(nèi)而容易產(chǎn)生氣孔。熱砂與冷砂箱相遇會(huì)產(chǎn)生水蒸氣凝聚，造成該部位砂型 中的水分過(guò)多。 上箱太淺 產(chǎn)生氣孔缺陷的一個(gè)常見(jiàn)原因是上箱高度不夠。金屬液在凝固時(shí)對(duì)鑄型和砂芯的壓力與 補(bǔ)縮鑄件的金屬液柱高度成正比， 即與直澆道或冒口的高度成正比

5、。 如果金屬液的壓力小于型壁氣體壓力， 就可能產(chǎn)生侵入氣孔。 直澆道和冒口距箱帶或箱壁過(guò)近 這會(huì)產(chǎn)生和上述和相同的問(wèn)題。 離心鑄造用金屬型壁上的出氣孔不夠 氣疤是金屬液壓力低于氣體壓力而形成的一種特殊形態(tài)的氣 孔。這里的金屬液壓力與轉(zhuǎn)速（離心力）有關(guān)。離心鑄造用金屬型壁的出氣孔不夠，會(huì)產(chǎn)生氣孔，生產(chǎn)中 可采用更高的轉(zhuǎn)速以迫使氣體排出。3. 澆冒口系統(tǒng) 壓頭太低 即使已選好了高度適宜的上箱，能夠滿足直澆道和冒口的高度要求，也會(huì)存在金屬液壓 力太低的問(wèn)題。 如果內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)不合理， 在鑄件完全凝固之前， 內(nèi)澆道先凝固了， 盡管直澆道高度適宜， 還是不能維持液體金屬的靜壓力。精品資料直到鑄件的硬殼有

6、因此， 在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)， 最重要的是應(yīng)使?jié)沧⑾到y(tǒng)始終保持足夠的金屬液壓力， 了一定的硬度，足以抵擋氣體的壓力而不致受到破壞。 引起湍流的澆注系統(tǒng)應(yīng)避免使用無(wú)錐度的和沒(méi)有澆口窩的直澆道，以及急轉(zhuǎn)彎的橫澆道和內(nèi)澆道系統(tǒng)。上述情況都會(huì)造成湍流，并將空氣卷入金屬液內(nèi)。 卷入的空氣隨后被帶入型腔而在鑄件中形成氣孔。 能造成斷流的澆注系統(tǒng)倘若直澆道或橫澆道的截面積太小，就不能使所有的內(nèi)澆道都始終保持充滿狀態(tài)，便會(huì)造成斷流 冒口的高度或尺寸不夠冒口的高度或尺寸不夠， 使不能保證足夠的靜壓力， 從而使鑄件產(chǎn)生各種氣孔缺陷。當(dāng)金屬液流經(jīng)冒口或由冒口注入時(shí)，這部分液流就決定了靜壓頭的大小。此外，只有當(dāng)金屬呈液態(tài)

7、使才能維持靜壓頭。如果內(nèi)澆道的入口處很快凝固（如壓邊澆道） ，那么冒口 便成了在靜壓下補(bǔ)充液體金屬的唯一來(lái)源。因此，冒口的高度和尺寸對(duì)金屬液阻止型壁材料析出氣體的能 力有影響。直澆道或內(nèi)澆道設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)使空氣或型腔中的氣體被卷入金屬液， 因此應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)圓形的澆口杯，因?yàn)檫@種澆口杯會(huì)產(chǎn)生漩渦， 澆口杯的底孔直徑至少應(yīng)和直澆道的頂端直徑一樣大， ；直澆道下面應(yīng)有 澆口窩，橫澆道上應(yīng)避免急轉(zhuǎn)彎，否則均會(huì)將空氣卷入金屬液中。4. 型砂 型砂中水分過(guò)高 這是鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷的一個(gè)主要原因。過(guò)高的水分是指超出某一種型砂所需的 水量，必須嚴(yán)格控制型砂中的水分，以免產(chǎn)生大量的水蒸氣，其壓力不能超過(guò)金屬液的壓

8、力。 造型材料的透氣性差砂型的透氣性差通常是由于型砂中細(xì)砂太多或粒度不均勻所造成的。在實(shí)際生產(chǎn)中， 必須確定是什么原因造成了透氣性差， 如果原砂的粒度分布分散， 那么其透氣性一定會(huì) 變差。原砂中加入細(xì)砂會(huì)降低透氣性，如果篩除細(xì)砂后還不能增加其透氣性，應(yīng)加入大量（ 40%-30%） 顆 粒均勻的砂子，以獲得比較集中的粒度分布。型砂中若具有數(shù)量較多的煤粉、 瀝青或其他發(fā)氣材料時(shí)， 就需要較高的透氣性， 以使較多的氣體排出去，精品資料 因此，生產(chǎn)中應(yīng)盡量減少型砂中發(fā)氣物質(zhì)的加入量。 型砂中混有外來(lái)雜質(zhì) 型砂中的外來(lái)雜質(zhì)，如鐵豆、鐵釘、焦炭塊、煤渣塊等，與熔融金屬相接觸 便會(huì)產(chǎn)生氣體，就可能在鑄件中形

9、成局部氣孔。因此，對(duì)所有的原砂都應(yīng)檢查有無(wú)外來(lái)雜質(zhì)。 型砂中有小團(tuán)塊狀的粘土 小團(tuán)塊粘土中含水量高，當(dāng)接觸到金屬液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量氣體。 型砂混制不良 型砂混制不良也會(huì)使局部型砂產(chǎn)生高度集中的氣體。無(wú)論采用什么型號(hào)的混砂機(jī)， 都應(yīng)該規(guī)定一個(gè)最佳的混砂時(shí)間。混砂時(shí)間太短會(huì)使型砂不能充分混合，另外混砂機(jī)刮板或輾輪磨損也會(huì) 引起混制不充分。 發(fā)氣材料的顆粒太粗 會(huì)造成型砂某一部位氣體高度集中。 涂料中發(fā)氣材料的含量過(guò)多 無(wú)論是在型砂還是涂料中，當(dāng)產(chǎn)生氣體的無(wú)機(jī)物過(guò)多時(shí)，就會(huì)在鑄件 中形成氣孔。5. 制芯 砂芯引起的氣孔容易同砂型引起的氣孔相混淆。由于氣體在型腔中總是向上移動(dòng)，氣泡很可能是從砂 芯表面開(kāi)

10、始形成，然后向上型腔表面方向移動(dòng)，最后出現(xiàn)在濕砂型型壁上或其附近。 有一種氣孔是由于局部刷涂料的砂芯引起的。這種浸過(guò)或刷過(guò)涂料的砂芯 ，整個(gè)表面都不透氣。若這層涂 料在濕態(tài)下搬運(yùn)或烘干時(shí)受到破損，砂芯內(nèi)部產(chǎn)生的氣體，必定會(huì)從涂料破損處或薄弱部位逸出。在一個(gè) 部位若集中太多的氣體，有可能超出了型砂的排氣能力，氣孔便會(huì)從該處散布在鑄件的截面上。 砂芯未烘干或未硬化 未烘干或未硬化的砂芯，包括油砂芯、 樹(shù)脂砂芯和熱芯盒砂芯， 都會(huì)放出大量 的氣體。在正常情況下，這部分氣體應(yīng)該在烘干過(guò)程中予以排除。 粘結(jié)劑加入量過(guò)多 在制芯過(guò)程中， 若砂芯中含有粘土和有機(jī)雜質(zhì)， 就要增加粘結(jié)劑用量， 而粘結(jié)劑 含量高

11、，產(chǎn)生的氣體量也大。 砂芯的透氣性不好。 砂芯排氣不暢 原因是出氣孔的數(shù)量太少或尺寸太??； 出氣孔在砂芯粘合時(shí)被堵塞或出氣孔被砂芯涂精品資料 料堵塞，以及出氣孔相互間未貫通 金屬液進(jìn)入出氣孔。 砂芯粘結(jié)劑用量過(guò)多或水分過(guò)多。 砂芯的涂料層太厚、破損或未烘干。因砂芯涂料層表面損壞，致使氣體滯留在鑄件的厚截面處。 砂芯或涂料中的發(fā)氣材料太多。 砂芯在儲(chǔ)存過(guò)程中或在砂型中吸濕返潮。多數(shù)砂芯粘合劑和膩?zhàn)佣际俏鼭竦模冶壬靶颈旧淼奈?濕性更為嚴(yán)重。 吊鉤、鐵絲或吊具暴露在砂芯外。(11) 砂芯中的冷鐵或填縫材料未干。(12) 砂芯中吊鉤或吊架處填砂后未烘干。(13) 砂芯中混入諸如草根、樹(shù)葉、焦炭、煤

12、塊等雜物。(14) 芯砂混合不良。6. 造型 冷熱材料相遇 砂型、砂芯、砂箱、冷鐵、砂鉤、砂撐，以及冒口的金屬蓋板和芯骨，只要其中的 一種是熱的而另一種是冷的，就會(huì)因水蒸氣凝結(jié)而產(chǎn)生氣孔。砂芯和冷鐵最容易出現(xiàn)這種問(wèn)題，但是所用 的任何材料，無(wú)論比砂型熱還是比砂型冷，都會(huì)出現(xiàn)返潮現(xiàn)象，若不立即進(jìn)行澆注，這一現(xiàn)象就會(huì)加重。 砂型通氣不良 在某些情況下，由于砂型的透氣性不佳，尤其是大砂型，不能迅速地把氣體排出。 為了彌補(bǔ)這一缺陷，必須在砂型中做出足夠多的排氣道。帶擋塊的通氣棒或通氣針能防止扎穿型腔，其通 氣效果有時(shí)比與型腔相通的排氣道的通氣效果要好 (因?yàn)榕艢獾廊襞c型腔相通， 一旦金屬液流入排氣道后

13、， 會(huì)把排氣道堵塞) 。另外，砂型的通氣能力差， 會(huì)在砂芯或砂型中形成背壓。 砂芯中放出的氣體， 必須有一條引出的通道， 否則形成的背壓會(huì)把氣體逼入金屬液中，從而造成氣孔。精品資料 砂型未干透 為使鑄件表面光潔，便于清除表面砂粒以及對(duì)型面的保護(hù)，尤其是對(duì)于大砂型，要在 型面上噴刷涂料。作為保護(hù)型面的材料，多半能懸浮于水或其他液體中，會(huì)產(chǎn)生氣體。因此，應(yīng)把砂型徹 底烘干，否則就會(huì)產(chǎn)生氣孔。另外，型腔較深的砂型在烘干時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干燥不均現(xiàn)象。 在特定條件下舂砂方法不對(duì) 過(guò)分的舂緊或壓實(shí)，會(huì)在模樣的隆起部位形成硬塊而導(dǎo)致局部透氣性 降低，這種情況會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔。 砂鉤、固砂木片、芯骨或箱帶距模樣太近

14、 因?yàn)樵谶@些物體的周?chē)兴魵饽郏?有可能產(chǎn)生氣孔， 當(dāng)砂鉤距模樣太近時(shí)，其下面的型砂肯能舂不實(shí)，這樣金屬液就會(huì)直接與砂鉤接觸，從而在鑄件表面產(chǎn)生 凹坑或出現(xiàn)氣孔。 砂鉤上浸涂的泥漿過(guò)厚 用于封堵砂鉤的泥漿太厚，泥漿中的水分會(huì)轉(zhuǎn)移到型砂中，使該部位砂型 中的水分過(guò)多而造成氣孔。泥漿的波美度應(yīng)在 30-40 之間。 濕型修型或修補(bǔ)過(guò)度 過(guò)度的修型會(huì)使型面過(guò)硬，水分會(huì)移向表面，使該部位的透氣性降低，因而 產(chǎn)生氣。用水分過(guò)高的型砂進(jìn)行修補(bǔ)或在修補(bǔ)時(shí)使用海綿或水筆蘸水，也是產(chǎn)生氣孔的根源。 封箱泥條太濕或距型腔太近 在分型面上用的泥條、濕粘合膏或濕粘土，尤其當(dāng)用量過(guò)多時(shí)就如同 在砂鉤上過(guò)多刷泥漿的效

15、果一樣，會(huì)產(chǎn)生氣孔。 澆口杯和澆注系統(tǒng)太潮濕如果澆口杯舂的過(guò)硬或過(guò)于潮濕，會(huì)使進(jìn)入其中的金屬液沸騰，把氣體卷入型腔而產(chǎn)生針孔。 砂箱中填砂不足 有時(shí)型砂和砂箱均合適，但砂箱中的型砂不足，也可能產(chǎn)生氣孔。加高砂箱中的 型砂可建立較高的靜壓頭，使金屬液的壓力超過(guò)氣體的壓力。(11) 脫模劑用量過(guò)多脫模劑是產(chǎn)生氣體的一個(gè)來(lái)源，如用量過(guò)多就會(huì)造成氣孔。多余的脫模劑可用抹布或壓縮空氣吹管將其從模樣上除去。(12) 砂型的涂料或涂膏抹得過(guò)厚或未烘干涂料涂刷次數(shù)太多，或涂膏抹得過(guò)厚均會(huì)引起氣孔，因?yàn)橛羞^(guò)多的水分或揮發(fā)物留在型面上。精品資料7. 金屬成分凡能改變金屬液中氣體溶解度的因素， 都是與氣孔缺陷有關(guān)的

16、主要因素。 金屬液中的氣體溶解度比固 體金屬中的溶解度大得多。當(dāng)金屬凝固時(shí)，這部分氣體要從金屬中逸出，或以過(guò)飽和狀態(tài)留存在金屬中， 在正常情況下，這部分氣體向外逸出是不成問(wèn)題的，但若砂型產(chǎn)生的外部壓力過(guò)高，從金屬液中逸出氣體 就會(huì)受到限制，氣體就會(huì)以氣泡的形式留在鑄件里而產(chǎn)生針孔。金屬中的金屬雜質(zhì)、 爐料中未經(jīng)清理的廢鋼， 以及鋼中硅與鋁的殘留量不當(dāng)， 都會(huì)影響氣體在熔融金 屬中的溶解度。8. 熔煉在熔煉過(guò)程中，會(huì)有大量的氣體進(jìn)入金屬液，增加了產(chǎn)生氣孔缺陷的傾向。 鋼 金屬液在爐中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間和劇烈的沸騰，能使金屬液中的氣體逸出。溶解于金屬中的各種氣 體在沸騰期以擴(kuò)散方式進(jìn)入向液面上升的一氧化碳

17、和二氧化碳?xì)馀萘髦校瑥亩褮怏w排出。由于氧氣的擴(kuò) 散速度最快， 最先逸出， 其他氣體則按其擴(kuò)散速度的順序相繼逸出。 脫氧要在包中進(jìn)行， 除氣不當(dāng)?shù)匿撘海?會(huì)造成針狀微氣孔。 鑄鐵 因氣孔而報(bào)廢的鐵鑄件，其中大多數(shù)是由于澆入砂型的鐵液溫度過(guò)低造成的。在鑄造生產(chǎn) 中，熔化是容易引起鑄件缺陷的重要工序之一，產(chǎn)生的氣孔大多位于鑄件的表皮下，加工前不容易發(fā)現(xiàn)。 這種缺陷通常是由于澆注溫度低造成的。低溫鐵液和流動(dòng)性下降表示鐵液可能已經(jīng)被氧化或從耐火材料中 吸收了氧化物。 有色金屬 大多數(shù)有色金屬都很能吸氣。而大部分鑄造車(chē)間在明焰爐中熔化有色金屬，火焰直接 接觸金屬液，從而使金屬液進(jìn)一步吸氣。為防止在鑄件中產(chǎn)生微氣孔（疏松） ，一定要注意配置好附有多種 除氣劑的覆蓋劑，也可以加入特制的除氣劑，如向金屬液