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發(fā)表于 2009-9-15 08:29:38
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通過(guò)分析砂型鑄造鋁合金鑄件氣孔缺陷產(chǎn)生的機(jī)理,，提出從控制原材料的水分,、控制型砂及砂芯的透氣性,、精心熔煉等幾個(gè)方面來(lái)消除該缺陷。
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" X8 x) j* }$ W0 O" @; U 鋁合金以其良好的力學(xué)性能( 較高的比強(qiáng)度,、比剛度) 和優(yōu)良的鑄造性能,，在工業(yè)中被廣泛使用，是汽車(chē),、造船,、航空航天及其他制造業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料。生產(chǎn)中對(duì)鋁合金鑄件的品質(zhì)要求也越來(lái)越高,，除了保證化學(xué)成分,、力學(xué)性能和尺寸精度外，不允許鑄件有縮孔,、縮松,、氣孔和夾渣等鑄造缺陷。& U$ {1 z% G, a2 f
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實(shí)際生產(chǎn)中,，鋁合金鑄件會(huì)出現(xiàn)多種缺陷,，氣孔缺陷是砂型鑄造中經(jīng)常產(chǎn)生的缺陷，是影響鋁鑄件質(zhì)量的重要問(wèn)題,。氣孔缺陷常出現(xiàn)在大型鋁鑄件的厚大部位,，以及中小型鋁鑄件的冒口根部和加工端面。氣孔的產(chǎn)生除與型砂的水分,、透氣性有關(guān)外,，還與合金的熔煉質(zhì)量及合金的原材料有關(guān)，如何消除該缺陷值得鑄造工作者重視,。本文擬探討砂型鑄造中鋁合金鑄件氣孔產(chǎn)生的原因,，提出消除的措施。
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1. 鋁合金鑄件中產(chǎn)生氣孔的機(jī)理; S2 |! O# ~ z4 v/ ]
- w8 Q! o8 i/ |0 V& V; O. Z7 y 鋁合金鑄件形成氣孔的主要原因是合金中含有過(guò)量的H2,，氫含量占所含氣體總含量的80%～90% ,，其余是N2 、O2 CO等,，而H2則來(lái)源于大氣及各種金屬原材料,、熔劑和涂料中的水分受熱分解，在高溫條件下發(fā)生H2O= 2H + + O2 - 反應(yīng),，這是一個(gè)可逆反應(yīng),。分解出來(lái)的氧又容易與金屬液生成熔點(diǎn)較高的Al2O3 ，反應(yīng)方程式為：2Al3 + + 3O2 - = Al2O3 ,，這樣就促進(jìn)了水蒸氣的高溫分解,，氫離子便不斷向合金液中擴(kuò)散。
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氫以?xún)煞N方式存在于鋁液中：第一種是分解為原子狀態(tài)溶解在鋁液中,，稱(chēng)為溶解型,，約占90%,；第二種氫則以分子狀態(tài)氣泡形式吸附于夾雜物的表面或縫隙中，稱(chēng)為吸附型,。由于氫在鋁合金液中的溶解度是隨溫度上升而增大的( 如下圖所示) ,，所以在熔煉過(guò)程中合金液將吸入大量的H2 。而在結(jié)晶凝固的過(guò)程中,，由于溫度降低,，合金液表層首先凝固且合金的粘度增大，雖然氫的溶解度降低需從金屬液中析出,，但是已經(jīng)很困難了,，這樣滯留在合金液中便形成了氣孔缺陷。熔化,、保溫時(shí)間越長(zhǎng),，氫含量越高。
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氫在合金液中的溶解度除與溫度成正比外,，還與壓力及空氣的濕度即氫分壓成正比,。根據(jù)西華特定律，氫在鋁金屬液中的溶解度[H] 與液面上氫分壓PH2有如下關(guān)系式：# q t5 E2 ?8 m$ c, v4 [) W
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- @2 E5 O3 D9 t3 r4 y! s 合金元素及其含量對(duì)溶解度也有一定的影響,，硅,、銅含量增加則氫的溶解度降低，鎂含量增加則氫的溶解度增加,。合金成分不同,，合金液中氫的臨界含量也不同，ZL104 鋁合金為亞共晶型鋁硅合金時(shí)吸氫量最大,。
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; g- O4 {/ h/ J$ m$ b 2. 防止鋁合金鑄件氣孔缺陷的措施, ]0 s' Q0 Z) X2 |# ^
3 P1 B1 A/ g! W% G" J/ M# N4 }2 s 要防止砂型鑄造中鋁合金鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生,，就要采取有效措施盡量減少原材料的水分，強(qiáng)化熔煉質(zhì)量管理,，合理選擇鑄造工藝,，提高鑄型的排氣能力,。具體有以下幾個(gè)方面：) E9 I! E! y, f/ o
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( 1) 所有原材料及熔煉用工具都要仔細(xì)清除表面的銹跡,、油污及熔渣等，中間合金和回爐料的質(zhì)量也要控制好,，質(zhì)量差的回爐料如碎金屬屑,、澆冒口不宜大量使用。金屬原材料,、變質(zhì)劑,、精煉劑、澆包和攪拌勺等在使用前都應(yīng)烘干,，而坩堝則應(yīng)預(yù)熱至暗紅色方可加入熔料,。通常在金屬表面除了凝聚水外,，還有與金屬氧化膜作用形成的結(jié)晶水，在200～300℃低溫烘烤只能去除部分凝聚水和溶解水,，只有在500 ℃ 以上才能較容易除去大部分結(jié)晶水,。+ _0 `' _+ c1 x6 ~ F" d7 S
* o1 J9 \# O' J2 l( a* z# S ( 2) 操作中應(yīng)盡量縮短熔煉時(shí)間，減少合金的吸氣量,。熔煉溫度不宜過(guò)高,，溫度越高，吸氣量越大,，一般不超過(guò)800℃,，熔煉過(guò)程要有測(cè)溫裝置控制。另外,，還要控制變質(zhì)時(shí)間,，變質(zhì)時(shí)間越長(zhǎng)，變質(zhì)溫度越高,，氧化與吸氣越嚴(yán)重,。由于鋁合金液面的氧化膜有保護(hù)作用，可以防止金屬液直接與大氣中的水分反應(yīng),。在熔煉,、澆注過(guò)程中要盡量避免破壞液面的氧化膜，精煉,、變質(zhì)時(shí)攪拌勺在液面下平穩(wěn)攪動(dòng),，特別是精煉操作要細(xì)心，精煉工序是防止氣孔重要的一環(huán),。金屬液澆注時(shí)應(yīng)平穩(wěn),，速度均勻，澆包和鑄型之間保持最小的垂直距離,。
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( 3) 控制砂型的透氣性,。砂型的透氣性過(guò)高容易使金屬液滲入砂粒間而形成機(jī)械粘砂，或鑄件表面粗糙度大,、尺寸超差等缺陷,；透氣性過(guò)低則形成氣孔缺陷的傾向大。一般砂型面砂的透氣性宜較小,，表面硬度較低,；而背砂的透氣性應(yīng)偏高些，同時(shí)硬度也應(yīng)高些,，以便搬運(yùn),，有利于保證鑄型的整體透氣性。在不塌箱的前提下,，型砂透氣性一般為80～100 ,。另外,，還要嚴(yán)格控制砂型中的水分含量，一般控制在4%～5% ,。砂型水分含量過(guò)高,，氣孔缺陷加劇。型腔修補(bǔ)時(shí),，刷水不能太多,。澆注場(chǎng)地不宜撒水，保持空氣干燥是一個(gè)不能忽視的問(wèn)題,。
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( 4) 在砂型的上型及下型應(yīng)扎通氣孔,，以增大在澆注過(guò)程中氣體的排放。氣孔的頂端與型壁應(yīng)有一定的距離,，一般為4～6mm,，距離太大不利于排氣。大型鑄件的下型排氣更為重要,，除扎出氣孔外,，還可將鑄型用砂墊高。同樣,，型砂也要保持干凈,，回用砂及原砂中的雜質(zhì)要及時(shí)清理。
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( 5) 增強(qiáng)砂芯的排氣能力,。大型復(fù)雜鋁合金鑄件免不了要放砂芯,，由于砂芯中的粘結(jié)劑在高溫澆注時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定量的氣體，要設(shè)法排放,。通常的方法是在砂芯中設(shè)置排氣道,、埋放蠟線、扎氣孔等,，體積較大的砂芯可填放爐渣或焦炭塊,，這些措施都非常有效。另外,，在砂芯的芯頭處應(yīng)配有氣孔排氣,，如果砂芯的芯頭與砂型的間隙較大，可用石棉繩阻攔金屬液,，防止金屬液堵住排氣孔,。大型復(fù)雜鋁鑄件在澆注時(shí)還應(yīng)在排氣系統(tǒng)出口處點(diǎn)火“引氣”,，以減少排出的壓力,，有助于氣體的排放。砂芯中粘結(jié)劑及添加劑的用量應(yīng)合理,。粘結(jié)劑的發(fā)氣量一般很大,，在保證砂芯使用性能的前提下應(yīng)盡量減少加入量,。對(duì)于桐油砂芯，桐油加入量一般為2% ～3%,。為提高砂芯的濕強(qiáng)度和表面硬度,，加入糊精的量一般為1%～2% ，糊精的發(fā)氣量很大,，因此加入量要嚴(yán)格控制,。此外，砂芯在使用前應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間烘烤,，待冷卻后方可放入鑄型,。
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3 C F9 h$ E9 C2 I3 U0 k ( 6) 增強(qiáng)冷鐵排氣。為形成順序凝固,，有些鑄件會(huì)放置冷鐵以提高冷凝速度,，而冷鐵的排氣性較差。為改善冷鐵的排氣性,，可在冷鐵上開(kāi)通氣槽并涂上耐火涂料,。
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8 v& m( F" r7 ] 3. 結(jié)語(yǔ)% Q: s# t1 Z& x0 H/ K
0 x/ S1 P" d6 C6 d 砂型鑄造中鋁合金鑄件的氣孔缺陷控制是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，需要從多方面入手,，除操作者要嚴(yán)格,、精心操作外，工藝措施要得當(dāng),，并加強(qiáng)管理,，強(qiáng)化工藝過(guò)程中的質(zhì)量檢查，缺陷是能夠消除的,。 |
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