淺談鑄鐵件中氣縮孔的檢驗(yàn)和識別

張立軍，金婷

（寶雞法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722409）

前言

鑄鐵鑄造行業(yè)內(nèi)一直有將氣縮孔簡單地歸為縮孔缺陷的做法，筆者認(rèn)為氣縮孔在形成機(jī)理和形態(tài)表現(xiàn)上與縮孔有本質(zhì)區(qū)別，在實(shí)際工作中利用射線檢測及掃描電鏡進(jìn)行區(qū)分和識別，并為克服缺陷的主攻方向提供依據(jù)。

1 縮孔的形成機(jī)理及射線檢測形貌

1.1 縮孔的形成機(jī)理

縮孔的形成原因主要是由于金屬液在冷卻過程中液態(tài)收縮和凝固收縮得不到補(bǔ)充，在鑄件最后凝固部位出現(xiàn)的孔洞。國內(nèi)將容積大而集中的孔洞稱為縮孔，細(xì)小而分散的孔洞稱為縮松。

縮孔形成時(shí)也會有伴生現(xiàn)象，即封閉在鑄件內(nèi)部的縮孔會處于一定的負(fù)壓狀態(tài)，如果縮孔與鑄件表面存在不致密缺陷，大氣會通過不致密被吸入。

1.2 縮孔的射線檢測形貌

美國材料協(xié)會的ASTM E446 將縮孔在射線檢測形貌上分為CA、CB、CC、CD 四個(gè)類別（如圖1、圖2、圖3、圖4）。在射線照片上能夠明確識別支晶的典型特征。

圖1 （CA）

圖2（CB）

圖3（CC）

圖4（CD）

2 氣縮孔的形成及鑒別

2.1 氣縮孔的發(fā)現(xiàn)（X-ray 檢測）

筆者在射線檢測公司QT600-3 球墨鑄鐵件時(shí)拍的如圖5形貌缺陷射線照片。該射線照片有別于氣孔或縮孔射線照片，缺陷內(nèi)部中空，具有氣孔特征，但其形狀有別于氣孔，呈不規(guī)則形狀，缺陷邊緣地帶兼有支晶形貌，又有縮孔特征。

圖5 （氣縮孔）

2.2 氣縮孔的成因分析

氣縮孔與縮孔出現(xiàn)位置相同，都在鑄件的熱節(jié)區(qū)，并靠近有氣體來源部位如砂芯（圖6、圖7）。大多出現(xiàn)在砂芯截面小、排氣不暢，且被熱節(jié)高溫金屬液包裹的區(qū)域。在進(jìn)行如圖5 所示缺陷成因分析時(shí)，對工件進(jìn)行解剖后如圖6 所示，可見如下特征：（1）、缺陷位置在工件熱節(jié)區(qū)；（2）、缺陷靠近油道位置，可初步判斷缺陷形成與砂芯的排氣有關(guān)；（3）、缺陷體積較大，已經(jīng)超過一般縮孔的體縮比（超過了30%）。初步判斷缺陷在高溫金屬液的包裹下處于高壓狀態(tài)，有使缺陷擴(kuò)大的趨勢，而非負(fù)壓狀態(tài)。

圖6 （氣縮孔實(shí)物形貌）

圖7 （油道砂芯）

2.3 缺陷表面的SEM 分析

圖8

在進(jìn)行缺陷表面的掃描電鏡分析（SEM）時(shí)，發(fā)現(xiàn)缺陷表面有富碳堆積的典型特征（如圖8、圖9、表1 所示），推斷富碳是砂芯內(nèi)部有機(jī)氣體燃燒后的產(chǎn)物。再次驗(yàn)證了缺陷是由于砂芯排氣不暢，導(dǎo)致氣體在熱節(jié)處聚集，是形成缺陷的主要原因。

圖9

表1 缺陷表面SEM 元素分析（已歸一化）

3 缺陷的克服

在對缺陷及其原因進(jìn)行了初步分析之后，對工藝進(jìn)行了優(yōu)化：（1）采用高強(qiáng)度低發(fā)氣量的芯砂進(jìn)行制芯；（2）改善砂芯的熟化，減少澆鑄過程的發(fā)氣量；（3）通過修復(fù)模具間隙、增強(qiáng)油道砂芯排氣通道。在進(jìn)行了上述改進(jìn)后進(jìn)行試制，發(fā)現(xiàn)缺陷得到有效改善，缺陷已完全符合要求（ASTM E446二級射線檢測標(biāo)準(zhǔn)）。最后通過改進(jìn)冒口增加冷鐵等措施最終使缺陷得以完全根除。由此可見氣縮孔的克服及預(yù)防主要精力應(yīng)放在消除氣的來源上，防止在熱節(jié)處出現(xiàn)高壓氣體的堆積。這點(diǎn)不同于克服縮孔缺陷。

4 結(jié)束語

（1）氣縮孔在形成機(jī)理及射線檢測形貌、SEM 分析特征上與縮孔有明顯區(qū)別。

（2）氣縮孔在射線檢測形貌上兼具氣孔和縮孔的特征，但其體縮比較縮孔或氣孔要大得多，在射線檢測時(shí)呈較大缺陷（體縮比一般超過30%）。

（3）在缺陷表面的SEM 分析時(shí)，碳富集是氣縮孔的典型特征。

（4）在缺陷鑒別時(shí)，利用射線檢測和SEM 分析識別氣縮孔，可為預(yù)防和克服缺陷提供可靠依據(jù)，具有指導(dǎo)實(shí)踐的價(jià)值。