1、特征
(1)氣孔:鑄件內(nèi)部由氣體形成的孔洞類缺陷。其表面一般比較光滑,主要呈梨形、圓形或橢圓形。一般不在鑄件表面露出,大孔常孤立存在,小孔則成群出現(xiàn)。
(2)皮下氣孔:位于鑄件表皮下的分散性氣孔。為金屬液與砂型(鑄型、濕芯、涂料、表面不干凈的冷鐵)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)性氣孔。形狀有針狀、蝌蚪狀、球狀、梨狀等。大小不一,深度不等。通常在機(jī)械加工或熱處理后才能發(fā)現(xiàn)。
(3)氣窩(氣坑式表面氣孔):鑄件表面凹進(jìn)去一塊較平滑的氣孔。
(4)氣縮孔:分散性氣孔與縮孔和縮松合并而成的孔洞類鑄造缺陷。
(5)針孔:一般為針頭大小分布在鑄件截面上的析出性氣孔。鋁合金鑄件中常出現(xiàn)這類氣孔,對鑄件性能危害很大。
① 點狀針孔:此類針孔在低倍顯微組織中呈圓點狀,輪廓清晰且互不相連,能清點出每平方厘米面積上的針孔數(shù)目并測得針孔的直徑。這類針孔容易和縮孔、縮松相區(qū)別。點狀針孔由鑄件凝固時析出的氣泡所形成,多發(fā)生于結(jié)晶溫度范圍小,補(bǔ)縮能力良好的鑄件中,如ZL102合金鑄件中。當(dāng)凝固速度較快時,離共晶成分較遠(yuǎn)的ZL105合金鑄件中也會出現(xiàn)點狀 針孔。
② 網(wǎng)狀針孔:此類針孔在低倍顯微組織中呈密集相聯(lián)成網(wǎng)狀,伴有少量較大的孔洞,不易清點針孔數(shù)目,難以測量針孔的直徑,往往帶有末梢,俗稱“蒼蠅腳”。結(jié)晶溫度寬的合金,鑄件緩慢凝固時析出的氣體分布在晶界上及發(fā)達(dá)的枝晶間隙中,此時結(jié)晶股價已形成,補(bǔ)縮通道被堵塞,便在晶界上及枝晶間隙中形成網(wǎng)狀針孔。
③ 混合型針孔:此類針孔點狀針孔和網(wǎng)狀針孔混雜一起,常見于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻的鑄件中。
針孔可按國家標(biāo)準(zhǔn)分等級,等級越差,則鑄件的力學(xué)性能越低,其抗蝕性能和表面質(zhì)量越差。當(dāng)達(dá)不到鑄件技術(shù)條件所允許的針孔等級時,鑄件將被報廢,其中網(wǎng)狀針孔割裂合金基體,危害性比點狀針孔大。
(6)表面針孔:成群分布在鑄件表層的分散性氣孔。其特征和形成原因與皮下氣孔相同,通常暴露在鑄件表面,機(jī)械加工1~2mm后即可去掉。
(7)嗆火(嗆孔):澆注過程中產(chǎn)生的大量氣體不能順利排出,在金屬液內(nèi)發(fā)生沸騰,導(dǎo)致在鑄件內(nèi)產(chǎn)生大量氣孔,甚至出現(xiàn)鑄件不完整的缺陷。
2、分類
(1)析出性氣孔:這類氣孔均勻分布在內(nèi)部靠近澆口處、冒口處、熱節(jié)等溫度較高的區(qū)域,氣孔細(xì)小而分散,經(jīng)常同縮孔共存。
析出:即鋁液中含氣,未徹底除凈,凝固過程中析出。
(2)反應(yīng)性氣孔:這類氣孔均勻分布在型壁與鑄件的接觸面上。氣孔表面光滑,呈銀白色(鑄鋼件)、金屬光亮色或暗色。
反應(yīng):型、芯、冷鐵、涂料等含有與鋁液發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生氣體的物質(zhì)。
(3)侵入性氣孔:這類氣孔分布在鑄件上部,孔大而光滑。 侵入:型腔中的氣體,未及時排出型外,而侵入到鑄件中。
3、形成機(jī)理
低壓鑄造的鑄型基本上是密封的,金屬液充型比較快,氣體來不及排出,包在鑄件中形成氣孔或針孔。
(1)金屬液中溶解的氣體析出——析出性氣孔(針孔),金屬熔化時所含有的氣體,當(dāng)液態(tài)金屬冷卻和凝固時,因氣體溶解度下降析出氣體,來不及排除,使鑄件產(chǎn)生氣孔。
鋁液中的氣體,夾雜含量高、精煉效果差、鑄件凝固速度低。
(2)濕芯、涂料、表面不干凈的冷鐵,澆注受熱后產(chǎn)生的氣體——反應(yīng)性氣孔(皮下氣孔),型壁物質(zhì)同液態(tài)金屬之間或在液態(tài)金屬內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣孔。
(3)型腔中的氣體,未及時排出型外——侵入性氣孔(單個大氣孔),由于鑄件工藝設(shè)計不合理,如鑄型或型芯排氣不暢,或者是由于操作不小心,如澆注時堵死氣眼(澆注速度太快),型腔中的氣體被憋在鑄件中所引起。
4、防治措施
(1)嚴(yán)格執(zhí)行熔煉操作規(guī)程,避免金屬液吸氣,并認(rèn)真除氣。
防止析出性氣孔
① 金屬原材料及回爐料應(yīng)干燥、無銹蝕、無油污等,使用前要預(yù)熱。
② 熔煉溫度不宜過高。金屬液熔煉溫度越高,則溶解在其中的氣體量(主要是氫氣)就越多。因此,應(yīng)嚴(yán)格控制熔煉溫度,對有色合金尤為如此。
③ 任何種類的金屬其熔煉時間都應(yīng)盡可能縮短,以防時間過長的熔煉使液態(tài)金屬吸氣量增大,某廠生產(chǎn)鋁鐵錳黃銅鑄件,2.5h熔清出爐,澆注的鑄件的氣密性均合格;但6h熔清出爐后澆注的鑄件,在工藝不變的前提下鑄件全部因氣密性不合格而報廢。當(dāng)恢復(fù)熔清時間后鑄件的氣密性全部合格,這充分說明熔煉時間長短對鑄件氣密性的影響。
④ 含鋁的合金應(yīng)盡可能不用工頻爐熔煉,因為這種爐子的攪拌能力極強(qiáng),而鋁與空氣接觸很易氧化成Al2O3,并進(jìn)入液態(tài)金屬中成為熔渣,也為氣體的析出提供機(jī)會。同時也容易與H2O發(fā)生反應(yīng),使液態(tài)金屬吸入氫。若使用電阻反射爐、遠(yuǎn)紅外線加熱爐,甚至用燃油或煤氣的反射爐熔煉都可以。實踐證明:用這些爐子熔煉的鋁合金含氣量、雜質(zhì)量都較少。
⑤ 投料時應(yīng)先投入熔點低的料,依次投入熔點高的料。這樣會使金屬吸氣量少,其原因就在于爐料與空氣接觸面積和時間均減少。
⑥ 液態(tài)金屬去氣后應(yīng)立即扒渣,而后澆注,不可停留過久,以防再吸氣。
⑦ 用六氯乙烷或氬氣精煉去氣或真空去氣。
(2)盡量減少涂料、砂芯、金屬型(芯)等的發(fā)氣量。選擇質(zhì)量好的發(fā)氣量小的涂料,鑄型和型芯涂料后要充分烘干。
防止反應(yīng)性氣孔
① 涂料的種類應(yīng)選擇合適,涂料的發(fā)氣量不能高。涂料也具有一定的排氣性。
② 鑄型與型芯應(yīng)先預(yù)熱,然后再噴涂涂料,結(jié)束后必須要烘透方可使用。
③ 涂料噴涂后不能抹光。凡涂料脫落處,應(yīng)立即補(bǔ)噴。
④ 砂芯必須徹底烘干才能使用。
⑤ 金屬型和冷鐵表面應(yīng)平整光潔,并經(jīng)烘干后使用。
(3)改善鑄型和型芯的排氣條件。可根據(jù)鑄件的特點,綜合考慮鑄件的充型情況,選擇合理的排氣位置及不同的排氣措施:排氣槽、排氣片、排氣針、排氣塞、排氣孔等進(jìn)行排氣。
(4)選擇合適的充型速度,力求金屬液平穩(wěn)充型,防止卷入氣體。金屬液上升速度一般控制在50mm/s。即重力鑄造所講的合理的澆注工藝:澆注溫度、模具溫度、澆注速度、澆注時間等。
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