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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,。2 E4 k/ J8 e3 d6 ~8 U0 e
& m, P8 V, I! z2 w 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、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,。
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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,。5 n* o4 }: d$ n, G0 B u8 ?4 L
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1. 鋁合金鑄件中產(chǎn)生氣孔的機(jī)理
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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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氫以兩種方式存在于鋁液中：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：
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2 D9 a3 E4 q& x$ r% \ 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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2. 防止鋁合金鑄件氣孔缺陷的措施
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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：
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+ f1 L n N6 ~: I y2 m ( 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,。
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( 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,。# t9 x. w" ^) \" o( N% t4 n% \
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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,。0 c, t; c5 Z. T
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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。* O7 Q0 k# v0 z, G* i; G
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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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( 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，可在冷鐵上開通氣槽并涂上耐火涂料,。4 N- r" g, t9 D# O* F$ a: I$ }
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3. 結(jié)語(yǔ), p |- ]+ o, ?: G8 I; }
4 [3 k( M0 Z( @! Y 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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