铸造铝合金中的针孔及其防治.pdf

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1、铸造铝合金中的针孔及其预防 铸造铝合金III于其密度小，强度比高，具有良好的综合性能，因此被广泛用于航 天航空、汽车制造、动力仪表、工具及民用器具等制造业。随着国民经济的发展 及世界经济一体化进程的推进，其生产量和消耗量大幅增长。但是，铸造铝合金 的针孔缺陷比较突出，结合在铝合金铸件生产实践中积累的经验，谈谈铝合金针 铸件孔缺陷的产生和预防。一、铸造铝合金针孔的产生 针孔是铝合金在凝固过程中，溶解在铝熔液中的气体(99%H2)逸出后乂没有完全 浮到铝液表面造成的。铝合金在熔炼和浇注时，会吸入大量的氢气，冷却时则因溶解度的下降而不断析 出。铝合金中溶解的氢，其溶解度随合金液温度的升高而增大，随温

2、度的下降而 减少，山液态转变成固态时，氢在铝合金中的溶解度下降19倍。因此铝合金液 在冷却凝固过程中，当氢的含量超过了其溶解度时即以气泡的形式析岀。因过饱 和的氢析岀而形成的氢气泡，若来不及上浮排岀，就会在凝固过程中形成细小、分散的气孔，即通常所说的针孔。在氢气泡形成前达到的过饱和度是氢气泡形核 数目的函数，而氧化物和其他夹杂物则起气泡核心的作用。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 度大的气氛中熔炼和浇注铝合金，铸件中的针孔尤其严重。这就是干燥的季节要 比多雨潮湿的时节产生的铝合金铸件针孔缺陷少些的原因。对铝合金而言，如果结晶温度范BI较大，则产生网状针孔。

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 闭的小空间中，山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，从而使合金中过饱和的氢气析出 并形成针孔。二、铸造铝合金针孔度的评定，针孔对铝合lcm范圉内孔洞的数量和尺寸称为针孔度。铸造铝合金机械加工表 面金性能的影响主要表现在会使铸件组织致密度降低，力学性能下降。为此，在 铝合金通过控制针孔等级来保证铝铸件生产实践中，加强气孔等级对力学性能影 响的研究，X1989进行；合金铸件品

4、质是非常重要的。针孔等级评定，低倍检验 按GB 10851-铝合金铸件针孔度铝合金铸件针孔分级标准执行。根据GB11346-1989射线检验按5级，参考图像附表中所示：U测评定法，针孔度分为 Icm2范围内孔洞严 参考图数量尺程在被检表面上无可01 孔个，其中不超个不超0.lml 0.2 mm不超个其中不超1个不超2 0.1 m0.2 mm个不超1不超个其中，12个不超过mm,0.3 3 0.5 mm个不超过3 20不超过个，其中，0.5mm4 14个不超过1.0 mm个不超过6不超过25个，其中。0.5 mm,个不超过15 5 7,1.0 mm个不超过1.5 mm个不超过3.三、铸造铝合金针

5、孔缺陷的防止 1 形成针孔的氢气来源与析岀 铝合金中气孔的产生，是由于铝合金吸气而形成的，但分子状态的气体一般不能 溶解于合金液中，只有当气体分子分解为活性原子时，才有可能溶解。合金液中 气体能溶解的数量多少，不仅与分子是否容易分解为活性原子有关，还直接与气 体原子类别有关。在铝合金熔炼过程中，通常接触的炉气有H2、02、H20、C02 及S02等，这些气体主要是山燃料燃烧后产生的，而耐火材料、金属炉料、熔剂 以及与气体接触的工具等均会带入一定量的气体。另外，新砌的炉衬、炉子的耐 火材料、圮祸等，通常需要使用儿天或儿周的时间，其化学结合的氢才能充分从 粘结剂中释放出来。一般而言，炉气成分是山燃

6、料种类及空气量来决定的。例如，普通焦炭珀竭炉，炉气成分主要为CO、SO和X；煤气、重油丄甘祸炉主要为HO、N；而对口前大多数熔炼厂家使用的电炉熔炼来说，炉气成分主要是H。因此，采用不同的熔炼炉生产时，铝合金的吸,气量和产生气孔的程度是不同的。率和净生产实践表明，氢能大量洛解于铝或铝合金中，是导致铝合金形成气孔的 主要原因，是铝合金中最有害的气体，也是铝合金中溶解度最大的气体。在铸件 凝固过程中，山于氢的析出而产生的气隙，不仅减少了铸件的实际截面积，而且 是裂纹源。惰性气体不能溶于铝或铝合金，其他气体一般与铝或铝合金反应形成 铝的化合物，如A10、A1C1、A1N及A1C等。心在铝合金熔炼时，周

7、围空气中 的氢气含量并不多，氢的来源通常是铝与水蒸汽的反应，而水蒸汽主要来源于炉 气中的水分，设备及工具吸附的水分，一些材料的结晶水，以及铝锈Al(0H)2 分解岀来的水分等。因此针孔的解决，应从防止铝合金熔液吸气和加强铝熔液除气来入手。2.预防铝合金铸件针孔形成的主要措施 山以上分析可知，铝熔液很容易吸收氢气，极少量的水蒸汽就可以轻易毁掉整炉 的铝液，因此首先要防吸气。铝合金铸件容易产生针孔缺陷，这既与铝合金本身 特性.有关系，也与一系列的外界因素有关。为避免或减少铝合金在熔炼时产生针孔,保证铝合金铸件具有优良品质，可针对性地采取适当的预防措施。明确“精料、精工”原则，对炉料和熔炼设备和工具

8、进行预处理。炉料使用 前应先用吹砂或其他方法去除表面的锈迹、泥沙等污物，并进行炉料预热，预热 温度为350-450 C,并保持3h以上，严防带入水分和油污等。堆埸、锭模和熔炼工具，使用前应将表面油污、脏物等清除干净，并预热至120 250C,涂刷防护涂料。新圮竭、新砌炉子及有锈蚀的旧皓祸，使用前应用吹砂或其他方法将表面清除干 净,并进行烘炉处理，一般应加热至700-800C,并保温2-4h,以去除堆竭所吸 附的水分及其他化学物质。熔炼工具应预热至200-400C,保持2h以上。(2)铝合金在熔炼时，要力求做到快速熔炼，缩短高温下停留时间。Al-Mg合金 和其他铝合金熔化后保持时间过长时，需要用

9、熔剂覆盖铝合金液面，以防止吸气,一旦在生产过程中出现异常，要及时与现场技术人员取得联系，采取果断措施予 以处理。每一炉合金从开始熔化到浇注完毕的时间，砂型铸造不得超过4h,金 属型铸造不得超过6h,压铸不得超过8h,合金最拓温度一般不超过760仁堆竭 底部涂料厚度需D60mm。(3)加强在潮湿季节熔炼的预防措施。在雨季或空气潮湿季节铸造铝合金，更应 注意采取去气防护措施，对熔炼用具、锭模、堆竭和炉料等都要严格按规范进行 预热处理，以防带人过多的水分和油污而引起各类针孔的产生。(4)采取必要的精炼工艺，去除铝合金中的气体。一般情况下，所谓“去气”就 是去除合金中的气体精炼”是指去除合金中的夹杂物

10、。因铝合金熔炼时，除 气和精炼两个工序多合在一起进行，故在生产实践中习惯将这两个工序称为精炼。山于铝合金中的气体主要是氢气，去气也就是去除氢气。H前去气的主要方法是 通过在铝合金中加入精炼除气剂来制造大量的气体(气泡中的气体可能是铝液内 部经化学反应产生的，也可能是山部分精炼除气剂直接带入的),利用分压原理，让溶解于铝液中的氢原子向气泡扩散(此时气泡的分压为零),山于气泡密度轻，当气泡上浮到铝液表面时，气泡破裂，氢气逸入大气中，最终达到去除氢气的 目的。H前，为了消除铝合金铸件针孔，最常用的办法是在熔化过程中加入氯盐和氯化 物除气。采用氯盐和氯化物除气剂除气时，要用钟罩将除气剂圧入距坷竭底部

11、100mm处，沿堆竭直径1/3(距堆垠内壁)的圆周匀速移动。为防止铝液大量喷溅，除气剂可分批加入，除气结束除渣，并按规定的时间进行静置。(5)采用铸造工艺方法进行除气。通常情况下，砂型铸造也可以采用静置、多扎 出气孔和加大冒口等方法进行去气。在设讣金属型时就必须有排气预防措施：利用分型面或型腔零件组合面的间隙进行排气。开排气槽。即在分型面或型腔 零件的组合面上，以及芯座与顶杆表面上做排气槽，这样既能排气，乂能蓄气。设排气孔。排气孔一般开设在金属型的最高处，或金属型内可能产生“气阻”的地方。设置排气塞。排气塞是金属型常用的排气设施。在一平面上需要设置 数个排气塞时，可用一个排气环来代替，将它设计

12、在型腔的“气阻”处，或型腔 的大平面上，以便排气畅通。四、结语 以上分析了铝合金铸件气孔形成的主要因素，并有针对性地论述了一系列相应的 预防措施，LI的就是要防止在铸件中生成气孔，获得优良品质的铸件。从铸造工 艺角度综合分析，预防气孔的生成和消除气孔可以用“防”、“排”、“溶”三字工 艺原则来概括。“防就是要防止水分及各种污物进入皓竭或熔炼炉中。“排”：就是要排除铝液中的氧化夹杂和氢气。“溶 J 就是要使铝液中的氢在凝固时能部分或全部固溶在合金组织中，避免在 铸件中形成气孔。因此，在铝合金熔炼安排和选择“防”、“排二“溶”三方面的工艺措施时，必须 遵循“以防为主，以排为辅”的工艺 原则，但着眼点应仍放在“防”字上。