鑄鐵件侵入性氣孔鑒別及防止方法

馬永威，王建榮

（中車戚墅堰機車有限公司，江蘇常州 213011）

1 氣孔鑒別

侵入性氣孔主要從孔洞位置、形狀和分布等外觀特征進行鑒別，見圖1。

圖1 侵入性氣孔外觀特征

（1）形狀：一般呈圓形、橢圓形；當(dāng)呈梨形時，尖端所指方向即為氣體侵入方向；氣體過多時形成蜂窩狀；澆注時嚴(yán)重沸騰則會造成鑄件不成形。

（2）孔壁表面面貌：內(nèi)壁光滑。對于鑄鐵件，侵入氣體主要成分為CO 時，孔壁呈藍(lán)色；主要成分為H2時，孔壁呈金屬本色；主要成分為H2O 時，孔壁呈氧化色而發(fā)暗。

（3）尺寸：體積較大，一般來說，其最大直徑總在幾毫米以上。

（4）位置：通常在鑄件澆注位置的上表面，靠近鑄型或砂芯的表面。

（5）分布：大多數(shù)情況下是單個或幾個氣孔局部存在，有時可聚集成蜂窩狀氣孔，但很少形成彌散狀氣孔。

2 形成原因

澆注過程中，由于金屬液的熱作用，型腔表面的砂層被急劇加熱，砂層中水分汽化、有機物的揮發(fā)和燃燒等形成大量的氣體，隨著氣體量的增加，氣體壓力增高，當(dāng)金屬——型(芯)壁的界面上氣體壓力符合P氣＞P液＋P阻＋P腔條件時，氣體進入金屬液內(nèi)形成氣孔[1，2]。具體原因主要有以下幾方面。

2.1 鑄型（芯）發(fā)氣量大

型（芯）因水分或有機物加入量高或者沒有烘干，增加了發(fā)氣量，造成金屬——型（芯）壁的界面上氣體壓力增高。例1，用粘土砂濕型、干芯橫做立澆工藝生產(chǎn)的280 推桿體（圖2），機加工后因分布于整個內(nèi)孔、尺寸大且數(shù)量多、形狀呈圓形或橢圓形的氣孔缺陷造成整批鑄件報廢。經(jīng)過合脂油砂芯和粘土干芯砂對比、高溫下芯、下芯至澆注間隔時間、使用未烘干砂芯等工藝試驗，證實砂芯種類和下芯時砂芯溫度等對氣孔產(chǎn)生的影響不大，產(chǎn)生氣孔的原因是砂芯未烘干。

圖2 280 推桿體工藝簡圖

2.2 型（芯）排氣能力不足

導(dǎo)致型（芯）排氣能力不足的具體原因有型砂含泥量高、透氣性低、芯頭通氣孔設(shè)置不合理造成型（芯）排氣不暢等，高溫金屬作用產(chǎn)生的氣體不能順利排出，氣體壓力增高。

2.3 金屬液的靜壓頭過小

金屬液的靜壓頭過小，對氣體侵入的阻力小，使氣體容易進入金屬液。濕型澆注時的箱體鑄件在最高部位經(jīng)常發(fā)生圖3 所示氣孔，檢查發(fā)現(xiàn)上型鑄件最高點到澆口杯之間只有45mm 左右，沒有達(dá)到型腔頂面到澆口杯之間的高度不小于65mm 的要求。

圖3 排糧管氣孔缺陷

另外，澆注溫度過低，使進入金屬液的氣體無法逸出也可以形成氣孔。

3 氣孔的防止方法

防止氣孔的產(chǎn)生應(yīng)從減小產(chǎn)生氣孔的氣體壓力P氣和增大氣體進入金屬液的阻力（P液＋P阻＋P腔）及使進入金屬液的氣體浮出三方面著手，而且以減小氣體壓力為主。

3.1 減少砂型芯表面的氣體壓力

（1）提高型砂的透氣性，如選用較粗的原砂、降低原砂的灰份含量等，使產(chǎn)生的氣體能較快的排到鑄型外。

（2）人為增加砂型、砂型—砂芯排氣系統(tǒng)的通氣能力。具體措施有砂型扎出氣孔，保證砂型—砂芯排氣系統(tǒng)的暢通等；當(dāng)形成鑄件內(nèi)腔的砂芯的芯頭數(shù)目、大小或部位不能滿足澆注時的排氣要求時，可以在鑄件合理部位增設(shè)通孔，以增加砂芯芯頭，增強砂芯排氣能力。例如，W32 泵殼采取6＃ 砂芯側(cè)面的兩個孔設(shè)置芯頭并做出通氣孔（見圖4），將通氣孔與鑄型通氣孔接通后，增加了砂芯的排氣能力，完全消除了氣孔缺陷。

圖4 砂芯改進

（3）減少造型材料的發(fā)氣性，如減少型砂中有機粘結(jié)劑加入量和控制型砂中的水分等。推桿體砂芯加強烘烤措施實施后，防止了缺陷再發(fā)生。

3.2 利用金屬液的靜壓力阻止氣體的侵入

（1）加高上型。圖3 的排糧管鑄件加高上型后，使氣體不易侵入，氣孔基本消除。

（2）傾斜澆注。傾斜澆注可以使鑄件大平面部分增加液面上升速度，增加了平面部位的金屬液靜壓力，另一方面可以使大平面逐步充滿，增加型（芯）向型腔排氣的時間。

（3）采取提高澆注溫度和溢流冒口等措施，使侵入金屬液的氣體所形成的氣泡，再從金屬液中排出。

4 結(jié)論

防止侵入性氣孔主要應(yīng)從工藝設(shè)計以及原材料、造型材料制備、造型制芯和合型操作的全流程質(zhì)量控制著手，有效降低型（芯）的發(fā)氣量和發(fā)氣速度，增加鑄型（芯）的排氣能力，同時要針對性的從加大金屬液的靜壓力，增加氣體進入金屬液的阻力和適當(dāng)提高澆注溫度使進入金屬液的氣體能逸出等方面著手，防止氣孔的產(chǎn)生。