铝合金铸件气孔与预防

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-27 原文发表:2007-06-27 人气:1

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摘要：本文从铝合金铸件气孔类别分析入手，指出铝合金铸件气孔可分为点状针孔、网状针孔、综合性针孔三类；氢是造成铝合金铸件针孔的主要原因，而氢的主要来源则是由于水蒸气分解所产生的。因此，铝合金在熔炼过程中造成水蒸气产生的原因，也就是直接影响针孔形成的主要因素。由于铝合金铸件气孔对铸件的品质尤其是对其力学性能产生不良的影响，作者在文中论述了铝合金铸件气孔形成的主要因素，并针对铝合金铸件气孔形成的主要因素提出了相应的预防措施，文章最后扼要总结了预防铝合金铸件针孔必须遵守的“防”、“排”、“溶”工艺原则。

关键词：铝合金；铸件；气孔；针孔；氢；力学性能；金属型铸造；预防措施。

引言：在纯铝中加入一些金属或非金属元素所熔制的铝合金是一种新型的合金材料，由于其比重小，比强度高，具有良好的综合性能，因此被广泛用于航空工业、汽车制造业、动力仪表、工具及民用器具制造等方面。随着国民经济的发展以及经济一体化进程的推进，其生产量和耗用量大有超过钢铁之势。加强对铝合金材料性能的研究，保证铝合金铸件具有优良品质，既是我们每一个科技工作者义不容辞的责任，也是同我们的日常生活息息相关的头等大事。本文结合作者铝合金铸件生产实践经验谈谈铝合金铸件气孔与预防问题。

1．气孔类别
由于铝合金具有严重的氧化和吸气倾向，熔炼过程中又直接与炉气或外界大气相接触，因此，如熔炼过程中控制稍许不当，铝合金就很容易吸收气体而形成气孔，最常见的是针孔。针孔（gas porosity/pin-hole），通常是指铸件中小于1mm的析出性气孔，多呈圆形，不均匀分布在铸件整个断面上，特别是在铸件的厚大断面和冷却速度较小的部位。根据铝合金析出性气孔的分布和形状特征，针孔又可以分为三类①，即：
(1) 点状针孔：在低倍组织中针孔呈圆点状，针孔轮廓清晰且互不连续，能数出每平方厘米面积上针孔的数目，并能测得出其直径。这种针孔容易与缩孔、缩松等予以区别开来。
(2) 网状针孔：在低倍组织中针孔密集相连成网状，有少数较大的孔洞，不便清查单位面积上针孔的数目，也难以测出针孔的直径大小。
(3) 综合性气孔：它是点状针孔和网状针孔的中间型，从低倍组织上看，大针孔较多，但不是圆点状，而呈多角形。
铝合金生产实践证明，铝合金因吸气而形成气孔的主要气体成分是氢气，并且其出现无一定的规律可循，往往是一个炉次的全部或多数铸件均存在有针孔现象；材料也不例外，各种成分的铝合金都容易产生针孔。

2．针孔的形成
铝合金在熔炼和浇注时，能吸收大量的氢气，冷却时则因溶解度的下降而不断析出。有的资料介绍②，铝合金中溶解的较多的氢，其溶解度随合金液温度的升高而增大，随温度的下降而减少，由液态转变成固态时，氢在铝合金中的溶解度下降19倍。（氢在纯铝中的溶解度与温度的关系见图1③）。因此铝合金液在冷却的凝固过程中，氢的某一时刻，氢的含量超过了其溶解度即以气泡的形式析出。因过饱和的氢析出而形成的氢气泡，来不及上浮排出的，就在凝固过程中形成细小、分散的气孔，即平常我们所说的针孔（gas porosity）。在氢气泡形成前达到的过饱和度是氢气泡形核的数目的函数，而氧化物和其他夹杂物则在起气泡核心的作用
在一般生产条件下，特别是在厚大的砂型铸件中很难避免针孔的产生。在相对湿度大的气氛中溶炼和浇注铝合金，铸件中的针孔尤其严重。这就是我们在生产中常常有人纳闷干燥的季节总比多雨潮湿的时节铝合金铸件针孔缺陷少些的原因。
一般说来，对铝合金而言，如果结晶温度范围较大，则产生网状针孔的机率也就大得多③。这是因为在一般铸造生产条件下，铸件具有宽的凝固温度范围，使铝合金容易形成发达的树枝状结晶。在凝固后期，树枝状结晶间隙部分的残留铝液可能相互隔绝，分别存在于近似封闭的小小空间之中，由于它们受到外界大气压力和合金液体的静压作用较小，当残留铝液进一步冷却收缩时能形成一定程度的真空（即补缩通道被阻塞），从而使合金中过饱和的氢气析出而形成针孔。

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