鑄銅件氣孔產(chǎn)生原因及防止措施

李建國

摘 要：氣孔是鑄銅件生產(chǎn)中最易產(chǎn)生的缺陷，也是各鑄造單位經(jīng)常導(dǎo)致鑄件報(bào)廢的常見原因之一。氣孔大多發(fā)生在純銅、鋁青銅鑄件中。通過在生產(chǎn)中觀察，分析了氣孔產(chǎn)生的原因，制定相應(yīng)的防止措施，有效地消除了氣孔缺陷的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：鑄銅件;氣孔缺陷;防止措施

氣孔是鑄件生產(chǎn)中最常見的缺陷之一，氣孔的孔壁光滑，大氣孔多為梨形、圓形或橢圓形。小氣孔則常出現(xiàn)在鑄件表面，又稱為針孔，有的也出現(xiàn)在鑄件皮下1～2mm處。按氣孔產(chǎn)生的原因分為析出性氣孔、侵入性氣孔、反應(yīng)性氣孔三大類，易發(fā)生于鑄件表面或靠近砂芯、冷鐵、芯撐或澆冒口附近。相對鑄鐵、鑄鋼來說，鑄銅產(chǎn)品由于鑄造工藝和設(shè)備更加復(fù)雜，因此對于鑄銅氣孔缺陷的產(chǎn)生和防止，則需要花費(fèi)更多的時間和實(shí)驗(yàn)去研究。為此，本文通過在生產(chǎn)中觀察，分析了氣孔缺陷產(chǎn)生的原因，并根據(jù)實(shí)際制定出相應(yīng)的防止措施，從而有效地消除氣孔缺陷的產(chǎn)生。

1純銅侵入性氣體產(chǎn)生的原因及防止措施

氣體從金屬液外部侵入到內(nèi)部，鑄件在凝固收縮過程中沒有及時逸出，使鑄件內(nèi)部或表面存在孔眼。其主要在鑄件內(nèi)部、表面或接近表面處，特征為圓狀或長狀，有大氣泡也有小針孔。有時氣體對鑄件表面產(chǎn)生作用，使鑄件表面局部出現(xiàn)氣窩，直接影響鑄件的機(jī)械性能。

1.1澆注速度的影響

澆注過程中銅水在液面上升時，水平截面路線發(fā)生改變，將氣體聚集到截面死角，由于液面上升速度過快，氣體被銅水和型腔所包裹。此時，當(dāng)鑄件外部結(jié)殼層大于死角氣體壓力時，氣體侵占了型腔空間，鑄件在清砂后就會發(fā)現(xiàn)一個或多個大小不一的圓狀氣窩。其特征是光滑的，顏色與鑄件其他外部一致，氣體的多少決定氣窩的大小和數(shù)量。

防止措施：澆注時，特別是在壁厚小于20mm鑄件時，應(yīng)控制好銅液平穩(wěn)沖型，按液面上升的時間可判斷出當(dāng)銅液上升至變化截面時，應(yīng)減少澆口杯金屬液的流量，待填充完死角后，方可加速充型，避免死角氣窩的產(chǎn)生。

1.2鑄型烘干過程不當(dāng)

鑄型芯在烘干過程中產(chǎn)生裂紋，雖經(jīng)修補(bǔ)烘干后，其表面恢復(fù)光滑，但澆注過程中型芯受高溫反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氣體壓力，將裂縫向型腔內(nèi)部擠壓。當(dāng)氣體壓力有限時，不能沖破鑄件表面的結(jié)殼層，致使鑄件外表面產(chǎn)生縫隙式凹陷，其特征是圓滑的縫隙狀，不粘砂，顏色與鑄件一致，其凹陷長度與深度取決于氣體的大小。

防止措施：嚴(yán)格控制型芯干燥過程，其順序是升溫均熱-小火保溫以減少型芯燒裂現(xiàn)象。修補(bǔ)型芯時應(yīng)用工具將裂紋處挖深，使用粘結(jié)方法，使修補(bǔ)縫延伸到裂紋盡頭，必要時可用鐵釘加固。

1.3樹脂使用過量

配置樹脂砂過程中，樹脂加入量大、強(qiáng)度高，澆注過程中的發(fā)氣量也會加大，其原因是樹脂在高溫作用下產(chǎn)生氣體，如果沒有及時將其從砂型中排出，氣壓沖破樹脂砂表面的涂料燒結(jié)層，結(jié)果在鑄件中留下缺陷。

防止措施：當(dāng)樹脂砂芯橫截面是15mm×35mm時 ，可用樹脂量為1.6%～1.8%;當(dāng)橫截面為40mm×400mm砂芯時，可將樹脂量降為1.0%～1.2%，原則上是樹脂量應(yīng)保證砂芯強(qiáng)度適中。

1.4樹脂砂粒度大小的影響

樹脂砂粒度小，砂芯中空間間隙小，透氣性低，在澆注時氣體排出受阻，與粗砂相比，粗砂空間間隙大，發(fā)氣量多，但透氣性好。在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，細(xì)砂砂芯較粗砂砂芯易產(chǎn)生氣孔。

防止措施：車間常用樹脂砂粒度為0.4～0.7mm。但實(shí)際由于進(jìn)料渠道不一，粗、細(xì)砂發(fā)生很大的變化，如果發(fā)現(xiàn)鑄件產(chǎn)生氣體，可將粗、細(xì)砂各1/2攪拌配置。

1.5砂芯質(zhì)量低

制作砂芯質(zhì)量不過關(guān)，有局部黏接不牢，在樹脂砂固化終強(qiáng)度后，用手摩擦表面，有砂粒脫落現(xiàn)象。澆注時，樹脂砂芯內(nèi)部產(chǎn)生氣體，由落砂部位沖破涂料層侵入金屬液，在鑄件中留下氣孔和粘砂。

防止措施：制作樹脂砂芯時應(yīng)保證所配樹脂砂在表層沒有開始固化時用完。

1.6造型時產(chǎn)生間隙的影響

樹脂砂芯在組裝時芯座與芯頭間隙沒有堵牢，在澆注時，砂芯產(chǎn)生的氣體可由間隙進(jìn)入到金屬液中，結(jié)果在鑄件中留下氣孔缺陷。

防止措施：芯頭與芯座間隙為1～2mm時，可直接刷涂料滲入堵牢，當(dāng)間隙大于2mm，這時用涂料封堵并不能有效解決問題，而且會造成間隙已被封上的假象，可選用麻泥封堵牢固，以確保通氣道呈全封閉出口狀。

1.7涂料質(zhì)量不合格

如果涂料混制質(zhì)量不合格，樹脂砂芯在刷涂料后表面會看到石墨能填充孔隙，呈表面光滑狀態(tài)。實(shí)質(zhì)上是水加石墨，并沒有黏土參與，澆注時一旦接觸高溫金屬液，石墨呈粉狀上浮，涂料層失效，氣體由砂芯表面侵入到金屬液中。

防止措施：由于涂料有沉淀現(xiàn)象，在使用前應(yīng)保證攪拌時間最少要30 min.

2 鋁青銅析出性氣體產(chǎn)生的原因及防止措施

在生產(chǎn)中，鋁青銅鑄件澆注后，冒口不收縮反而上漲，切割后的冒口有針孔狀或集中大氣泡，其主要是脫氧不良的“反氧”氣孔和除氫不良的“反氫"氣孔所導(dǎo)致。

氧的存在會與銅以氧化亞銅（Cu2O）的形式分布在晶粒邊界，降低銅的塑性，還會同其他合金元素結(jié)合成氧化物，顯著影響銅及其合金的各種性能。氫是另一種常見于銅中的有害元素。熔煉時合金液和水汽發(fā)生反應(yīng)，就可能產(chǎn)生氫氣或生產(chǎn)氫，原子狀態(tài)的氫可大量溶解于銅合金液中，如果熔煉中除氣質(zhì)量不好，在凝固時，溶解在合金液中的過飽和狀態(tài)的氫逐漸析出，并形成氣泡，未能逸出合金液表面的氣泡便會在凝固后成為氣孔缺陷。

鋁青銅的蒸汽壓很小，在熔煉溫度下，氫在鋁青銅中溶解度較大。在熔煉過程中，鋁、銅等元素與爐氣和爐料中的水分反應(yīng)，產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致合金吸氣。產(chǎn)生氣體在澆注后鑄件的收縮、凝固過程中沒有逸出，致使鑄件上漲。而且實(shí)際生產(chǎn)中為節(jié)約成本，爐料中舊料合金混雜，特別是難以避免的鋅，當(dāng)其含量少而不具備脫氧功能時，而生成熔點(diǎn)低的氧化物與銅液中的氫親和，鑄件的凝固收縮應(yīng)力不能將其擠出，而液面鋁氧化膜在阻止大氣中氫侵入的同時，也阻礙了銅液內(nèi)氫的逸出。觀察到冒口呈淡紅色時可見有白色小氣泡上浮，證明這個冒口上漲，其切割后斷面有氣孔。

防止措施：①用開放式澆注系統(tǒng)，盡量減少二次氧化，避免澆注過程中澆口杯卷進(jìn)氣體。澆注溫度盡量低些，一般為1150℃～1170℃，能促使銅鋁等合金趨向于同時凝固;②對舊爐料認(rèn)真消除油污水汽，按工藝精煉，熔煉速度不能過慢，做到勤除雜質(zhì)，脫氧徹底。銅液出爐后，在真空抽氣爐中抽氣8～10min，觀察出氣煙道口，大多鋁青銅能抽出獨(dú)有的白色片狀煙塵，其與灰色煙塵一起排出;③爐內(nèi)循環(huán)水不能有漏，盡量使?fàn)t底保持干燥，以減少水蒸氣與爐內(nèi)化合物產(chǎn)生加熱親和。

3結(jié)語

（1）鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生是由很多工序中的一環(huán)不合格因素造成的，通過對每一道工序的嚴(yán)格控制，能夠有效的預(yù)防氣體缺陷的產(chǎn)生。

（2）如果鑄件發(fā)現(xiàn)氣孔，則應(yīng)根據(jù)其所在的部位、形狀參照各環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)，分析產(chǎn)生的可能原因，快速尋找缺陷的源頭，改進(jìn)生產(chǎn)條件和鑄造工藝，杜絕氣體產(chǎn)生，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率、保證質(zhì)量、節(jié)約成本的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳吉榮.鑄造工技術(shù)（中級）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：220.

[2]柳吉榮，李新陽.鑄造工（高級）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.