低壓鑄造典型缺陷及防止

1、職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學資源庫鋁合金鑄件鑄造技術(shù)課程教案低壓鑄造典型缺陷及防止 制作人：張保林陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院低壓鑄造典型缺陷及防止一、氣孔1.特征（1）氣孔：鑄件內(nèi)部由氣體形成的孔洞類缺陷。其表面一般比較光滑，主要呈梨形、圓形或橢圓形。一般不在鑄件表面露出，大孔常孤立存在，小孔則成群出現(xiàn)。（2）皮下氣孔：位于鑄件表皮下的分散性氣孔。為金屬液與砂型（鑄型、濕芯、涂料、表面不干凈的冷鐵）之間發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)性氣孔。形狀有針狀、蝌蚪狀、球狀、梨狀等。大小不一，深度不等。通常在機械加工或熱處理后才能發(fā)現(xiàn)。（3）氣窩（氣坑式表面氣孔）：鑄件表面凹進去一塊較平滑的氣孔。（4）氣縮孔：

2、分散性氣孔與縮孔和縮松合并而成的孔洞類鑄造缺陷。（5）針孔：一般為針頭大小分布在鑄件截面上的析出性氣孔。鋁合金鑄件中常出現(xiàn)這類氣孔，對鑄件性能危害很大。 點狀針孔：此類針孔在低倍顯微組織中呈圓點狀，輪廓清晰且互不相連，能清點出每平方厘米面積上的針孔數(shù)目并測得針孔的直徑。這類針孔容易和縮孔、縮松相區(qū)別。點狀針孔由鑄件凝固時析出的氣泡所形成，多發(fā)生于結(jié)晶溫度范圍小，補縮能力良好的鑄件中，如ZL102合金鑄件中。當凝固速度較快時，離共晶成分較遠的ZL105合金鑄件中也會出現(xiàn)點狀針孔。 網(wǎng)狀針孔：此類針孔在低倍顯微組織中呈密集相聯(lián)成網(wǎng)狀，伴有少量較大的孔洞，不易清點針孔數(shù)目，難以測量針孔的直徑，往往帶

3、有末梢，俗稱“蒼蠅腳”。結(jié)晶溫度寬的合金，鑄件緩慢凝固時析出的氣體分布在晶界上及發(fā)達的枝晶間隙中，此時結(jié)晶股價已形成，補縮通道被堵塞，便在晶界上及枝晶間隙中形成網(wǎng)狀針孔。 混合型針孔：此類針孔點狀針孔和網(wǎng)狀針孔混雜一起，常見于結(jié)構(gòu)復雜、壁厚不均勻的鑄件中。針孔可按國家標準分等級，等級越差，則鑄件的力學性能越低，其抗蝕性能和表面質(zhì)量越差。當達不到鑄件技術(shù)條件所允許的針孔等級時，鑄件將被報廢，其中網(wǎng)狀針孔割裂合金基體，危害性比點狀針孔大。（6）表面針孔：成群分布在鑄件表層的分散性氣孔。其特征和形成原因與皮下氣孔相同，通常暴露在鑄件表面，機械加工12mm后即可去掉。（7）嗆火（嗆孔）：澆注過程中產(chǎn)生

4、的大量氣體不能順利排出，在金屬液內(nèi)發(fā)生沸騰，導致在鑄件內(nèi)產(chǎn)生大量氣孔，甚至出現(xiàn)鑄件不完整的缺陷。圖1 氣孔1氣孔 2針孔2.氣孔分類（1）析出性氣孔：這類氣孔均勻分布在內(nèi)部靠近澆口處、冒口處、熱節(jié)等溫度較高的區(qū)域，氣孔細小而分散，經(jīng)常同縮孔共存。析出：即鋁水中含氣，未徹底除凈，凝固過程中析出。（2）反應(yīng)性氣孔：這類氣孔均勻分布在型壁與鑄件的接觸面上。氣孔表面光滑，呈銀白色（鑄鋼件）、金屬光亮色或暗色。反應(yīng)：鑄型、型芯、冷鐵、涂料等含有與鋁水發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生氣體的物質(zhì)。（3）侵入性氣孔：這類氣孔分布在鑄件上部，孔大而光滑。侵入：型腔中的氣體，未及時排出型外，而侵入到鑄件中。3.氣孔形成機理低壓鑄造

5、的鑄型基本上是密封的，金屬液充型比較快，氣體來不及排出，包在鑄件中形成氣孔或針孔。（1）金屬液中溶解的氣體析出析出性氣孔（針孔），金屬熔化時所含有的氣體，當液態(tài)金屬冷卻和凝固時，因氣體溶解度下降析出氣體，來不及排除，使鑄件產(chǎn)生氣孔。 鋁液中的氣體，夾雜含量高、精煉效果差、鑄件凝固速度低。（2）濕芯、涂料、表面不干凈的冷鐵，澆注受熱后產(chǎn)生的氣體反應(yīng)性氣孔（皮下氣孔），型壁物質(zhì)同液態(tài)金屬之間或在液態(tài)金屬內(nèi)部發(fā)生化學反應(yīng)所產(chǎn)生的氣孔。（3）型腔中的氣體，未及時排出型外侵入性氣孔（單個大氣孔），由于鑄件工藝設(shè)計不合理，如鑄型或型芯排氣不暢，或者是由于操作不小心，如澆注時堵死氣眼（澆注速度太快），型腔中

6、的氣體被憋在鑄件中所引起。4.防治措施（1）嚴格執(zhí)行熔煉操作規(guī)程，避免金屬液吸氣，并認真除氣。防止析出性氣孔 金屬原材料及回爐料應(yīng)干燥、無銹蝕、無油污等，使用前要預熱。 熔煉溫度不宜過高。金屬液熔煉溫度越高，則溶解在其中的氣體量（主要是氫氣）就越多。因此，應(yīng)嚴格控制熔煉溫度，對有色合金尤為如此。 任何種類的金屬其熔煉時間都應(yīng)盡可能縮短，以防時間過長的熔煉使液態(tài)金屬吸氣量增大，某廠生產(chǎn)鋁鐵錳黃銅鑄件，2.5h熔清出爐，澆注的鑄件的氣密性均合格；但6h熔清出爐后澆注的鑄件，在工藝不變的前提下鑄件全部因氣密性不合格而報廢。當恢復熔清時間后鑄件的氣密性全部合格，這充分說明熔煉時間長短對鑄件氣密性的影響

7、。 含鋁的合金應(yīng)盡可能不用工頻爐熔煉，因為這種爐子的攪拌能力極強，而鋁與空氣接觸很易氧化成Al2O3，并進入液態(tài)金屬中成為熔渣，也為氣體的析出提供機會。同時也容易與H2O發(fā)生反應(yīng)，使液態(tài)金屬吸入氫氣H2。若使用電阻反射爐、遠紅外線加熱爐，甚至用燃油或煤氣的反射爐熔煉都可以。實踐證明：用這些爐子熔煉的鋁合金含氣量、雜質(zhì)量都較少。 投料時應(yīng)先投入熔點低的料，依次投入熔點高的料。這樣會使金屬吸氣量少，其原因就在于爐料與空氣接觸面積和時間均減少。 液態(tài)金屬去氣后應(yīng)立即扒渣，而后澆注，不可停留過久，以防再吸氣。 用六氯乙烷或氬氣精煉去氣或真空去氣。（2）盡量減少涂料、砂芯、金屬型（芯）等的發(fā)氣量。選擇質(zhì)

8、量好的發(fā)氣量小的涂料，鑄型和型芯涂料后要充分烘干。防止反應(yīng)性氣孔 涂料的種類應(yīng)選擇合適，涂料的發(fā)氣量不能高。涂料也具有一定的排氣性。 鑄型與型芯應(yīng)先預熱，然后再噴涂涂料，結(jié)束后必須要烘透方可使用。 涂料噴涂后不能抹光。凡涂料脫落處，應(yīng)立即補噴。 砂芯必須徹底烘干才能使用。 金屬型和冷鐵表面應(yīng)平整光潔，并經(jīng)烘干后使用。（3）改善鑄型和型芯的排氣條件?？筛鶕?jù)鑄件的特點，綜合考慮鑄件的充型情況，選擇合理的排氣位置及不同的排氣措施：排氣槽、排氣片、排氣針、排氣塞、排氣孔等進行排氣。（4）選擇合適的充型速度，力求金屬液平穩(wěn)充型，防止卷入氣體。金屬液上升速度一般控制在50mm/s。即重力鑄造所講的合理的澆

9、注工藝：澆注溫度、模具溫度、澆注速度、澆注時間等。二、縮孔和縮松收縮缺陷：金屬凝固收縮時，由于金屬液未對鑄件有效補縮而產(chǎn)生的缺陷。包括縮孔、縮松、縮陷、縮沉等。1.特征 縮孔：在鑄件上有形狀極不規(guī)則的孔，孔壁粗糙并帶有枝狀晶，稱縮孔缺陷。多出現(xiàn)在鑄件最后凝固部位。 縮松：鑄件斷面上有分散而細小的縮孔，有時借助放大鏡，稱縮松缺陷。如用低壓鑄造生產(chǎn)鋁活塞時，有時在活塞頂部出現(xiàn)縮松。 疏松：鑄件緩慢凝固區(qū)出現(xiàn)的很細小的孔洞。分布在枝晶內(nèi)和枝晶間，是彌散性氣孔、顯微縮松、組織粗大的混合缺陷，使鑄件致密性降低，易造成滲漏。 縮陷：鑄件的厚端面或斷面交接處上平面的塌陷現(xiàn)象?？s陷的下面有時有縮孔，縮陷有時也

10、出現(xiàn)在內(nèi)縮孔的附近。 縮沉：使用水玻璃石灰石砂型生產(chǎn)鑄件時產(chǎn)生的一種鑄件缺陷，其特征為鑄件斷面尺寸脹大。 縮裂：由于鑄件補縮不當、收縮受阻或收縮不均勻而造成的裂紋。可能出現(xiàn)在剛凝固之后或在更低的溫度。2.產(chǎn)生原因縮孔和縮松形成的原因是：金屬液在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，即體積收縮造成的體積虧損得不到補償，即得不到補縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞。圖2 低壓鑄造鑄件凝固過程與一般重力澆注不同，低壓鑄造是從下向上充型，澆口在下部。為使鑄件得到足夠的補縮，就必須形成自上而下的順序凝固，即遠離澆道處先凝固，澆道處最后凝固，否則就會產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。3.防止措施（同時凝固或順序凝

11、固）由于低壓鑄造、差壓鑄造都是反重力鑄造，重力時刻都在妨礙補縮，因而無論對于砂型鑄造還是金屬型鑄造、無論對于同時凝固還是順序凝固的鑄件，液面加壓控制系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，都是決定鑄件致密性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。尤其是對于薄壁件金屬型鑄造，凝固時間本來就不長。當充型到型頂時液態(tài)金屬中固相分數(shù)已經(jīng)占有相當大的比例，此時應(yīng)立即急速升壓，以便克服重力的負作用，進行補縮。這時鑄件致密性是極為關(guān)鍵的時刻。目前有些液面加壓控制系統(tǒng)在關(guān)鍵時刻仍舊按充型速度緩慢加壓，還有些控制系統(tǒng)則更糟，它們在壓力低時還能正常升壓，但壓力越高升壓速度也越慢。即所謂開口向下的拋物線充型。如圖3所示。圖3 開口向下的拋物線其后果是恰好貽誤了補縮的

12、良機。當液態(tài)金屬凝固已基本結(jié)束，控制系統(tǒng)才將增壓補縮的壓力升起，顯然為時已晚，這對鑄件的致密度不會起到良好的作用。生產(chǎn)中有時補縮壓力已經(jīng)很高（可達0.2MPa），但鑄件仍有縮松缺陷，致使打壓滲漏率太高。在補縮通道合理時，這主要是因為控制系統(tǒng)增壓的時機沒控制好，而不是所謂“補縮壓力大小對鑄件致密性影響不大”的錯誤說法。例如：某廠試生產(chǎn)一種較大的薄壁件，試制兩年多沒鑄出合格的鑄件，毛病出在鑄件縮松多，致密性差，打壓滲漏嚴重。當將老式的液面加壓控制系統(tǒng)換成閉環(huán)反饋的“CLP-3”型低壓鑄造液面加壓控制系統(tǒng)后，情況大變，原工藝沒有大改動，就生產(chǎn)出合格的鑄件。4.具體防止措施（1）對大中型有色合金和黑色

13、金屬鑄件，壁厚懸殊大，設(shè)置冒口，并從冒口加壓來加強補縮，防止縮孔、縮松。（2）適當降低澆注溫度或澆注速度。（3）合理設(shè)計鑄造工藝，建立順序（同時）凝固條件。三、夾雜1.特征（1）夾雜類缺陷：鑄件中各種金屬和非金屬夾雜物的總稱。通常是氧化物、硫化物、硅酸鹽等雜質(zhì)顆粒機械地保留在固體金屬中，或凝固時在金屬內(nèi)形成，或凝固后的反應(yīng)中在金屬內(nèi)形成。包括夾雜物、冷豆、內(nèi)滲豆、夾渣、砂眼等。（2）夾雜物：鑄件內(nèi)或表面上存在的與基體金屬成分不同的質(zhì)點。包括：渣、砂、涂料層、氧化物、硫化物、硅酸鹽等。（3）內(nèi)生夾雜物：在熔煉、澆注和凝固過程中，因金屬液與爐氣（還可以包括鑄型）之間發(fā)生化學反應(yīng)而生成的夾雜物，以及

14、因金屬液溫度下降，溶解度減小而析出的夾雜物。（4）外生夾雜物：由熔渣及外來雜質(zhì)引起的夾雜物。（5）夾渣：因澆注金屬液不純凈，或澆注方法和澆注系統(tǒng)設(shè)計不當，由裹在金屬液中的熔渣、低熔點化合物及氧化物造成的鑄件中夾雜類缺陷。由于其熔點和密度通常都比金屬液低，一般分布在鑄件頂面或上部，以及型芯下表面和鑄件死角處，斷口無光澤呈暗灰色。（6）涂料渣孔：因圖層粉化、脫落后留在鑄件表面而造成的，含有殘留涂料堆積物質(zhì)的不規(guī)則坑窩。澆注工具、鑄型、升液管、砂芯等上面的涂料脫落，尤其是砂芯刷涂料后用火點燃烘烤，會起皮（爆皮），所以生產(chǎn)不緊張時，盡量采用恒溫箱烘烤砂芯，（7）冷豆：澆注位置下方存在于鑄件表面的金屬顆

15、粒（珠），其化學成分與鑄件相同，表面有氧化現(xiàn)象。一般是因為金屬液噴濺，少量金屬液與鑄型接觸迅速凝固與后續(xù)金屬液未結(jié)合在一起所形成。（8）砂眼：鑄件內(nèi)部或表面帶有砂粒的孔洞。（9）硬點：在鑄件的斷面上出現(xiàn)分散的或比較大的硬質(zhì)夾雜物，多在機械加工或表面處理時發(fā)現(xiàn)。（10）渣氣孔：鑄件澆注位置上表面的非金屬夾雜物，通常在加工后發(fā)現(xiàn)與氣孔并存，孔徑大小不一，成群集結(jié)。2.產(chǎn)生原因低壓鑄造的鑄件常出現(xiàn)氧化夾渣。氧化夾渣的來源分析起來有以下這些原因。（1）連續(xù)生產(chǎn)時往坩堝中補加鋁液時，將液面上的氧化夾渣沖進升液管，在澆注時又被帶入鑄型中；所以在補加鋁液后，應(yīng)在升液管上端伸入工具，將升液管內(nèi)的渣子瓢出來。（

16、2）升液管的液面反復升降造成的氧化皮。（3）加壓速度過快，造成噴濺產(chǎn)生氧化皮。另外，可能因鑄型材料和涂料脫落而引起的非金屬夾渣。3.防治措施（1）嚴格控制充型速度，保證金屬液平穩(wěn)上升，無沖擊、噴濺現(xiàn)象。（2）徹底清除合金液中的氧化渣。（3）在升液管口或鑄型內(nèi)澆道部分采用過濾網(wǎng)。但是，過濾網(wǎng)不是所有的產(chǎn)品都可以使用，有些大而復雜，且壁厚較薄，重量較重的產(chǎn)品，使用過濾網(wǎng)后會充型不起，只有一些小而簡單，且壁厚較厚，重量較輕的產(chǎn)品，方便使用。（4）檢查涂料層是否有脫落，型腔中的灰塵、砂粒、雜物要徹底清掃干凈。四、冷隔及澆不足1.特征（1）冷隔：在鑄件上有穿透或不穿透的、邊緣呈圓角狀的縫隙，縫隙中間常被

17、氧化皮隔開，不能完全融合成為一體的缺陷。多出現(xiàn)在遠離澆口的寬大上表面或薄壁處、金屬液匯流處、冷鐵芯撐等激冷部位。（2）鑄件殘缺或輪廓不完整或可能完整但邊角圓且光亮，稱澆不足。常出現(xiàn)在遠離澆口的部位及薄壁處。其澆注系統(tǒng)是的。2.形成原因（流動性、排氣性）（1）鑄型溫度或金屬液溫度低；（2）金屬液充型壓力低、充型速度慢；（3）型腔排氣不順，型腔內(nèi)氣體反壓力過大。3.防止措施（流動性、排氣性）（1）采用合理的鑄型溫度和金屬液澆注溫度（兩個重要的工藝參數(shù)）；參數(shù)如表1所示。表1 鑄型溫度和金屬液澆注溫度選擇表鑄型溫度澆注溫度一般鑄件薄壁復雜件金屬型芯金屬型200300250320250350低壓鑄造的

18、澆注溫度比相同條件的重力澆注的澆注溫度低1020干砂型508080120冷鐵150250（2）使用合理的加壓規(guī)范。（3）改善鑄型和型芯的排氣條件、排氣方式。（4）若在鑄件上發(fā)現(xiàn)很淺的對流溝痕時，只需在模具的對流處適當噴些涂料，即可消除。五、裂紋1.形成原因裂紋可以分為熱烈和冷裂。液態(tài)金屬冷卻凝固過程中，由于種種原因造成的應(yīng)力若發(fā)生在固相骨架剛剛形成不久時，則形成的裂紋稱之為熱裂；反之，則稱為冷裂。2.預防方法（1）增加鑄型及型芯中阻礙收縮部分的退讓性，增加涂料厚度。（2）增加對產(chǎn)生熱裂部分的補縮。因為熱裂部位大部分是最后凝固處，加強對這一部分的補縮，自然會減少熱裂。（3）增大熱烈部位鑄型的散熱

19、能力，可能使熱裂部位轉(zhuǎn)移或不發(fā)生熱裂。（4）在與裂紋處相對應(yīng)的金屬型（芯）的兩側(cè)上開設(shè)與裂紋方向平行的淺溝道以分散凝固時的收縮應(yīng)力，達到克服熱裂的目的。（5）盡早開模取出鑄件可有效地減少熱裂。（6）提高型溫和澆注溫度，有利于同時凝固，對減少熱裂有良好的作用。關(guān)于冷裂可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計上加以考慮，也可以將生產(chǎn)出得鑄件立即進行緩冷或退火處理，這有利于減少殘余熱應(yīng)力，可有效地減少冷裂，也可以在零件上增設(shè)拉筋去防裂。六、粘砂1.形成原因粘砂可分為化學粘砂和機械粘砂，但對于低壓鑄造或差壓鑄造則主要是機械粘砂。其產(chǎn)生的原因在于液態(tài)金屬在保壓時壓力升高較大，該壓力迫使液態(tài)金屬克服表面張力，滲進砂芯或砂型的內(nèi)部，而造成機械粘砂。2.預防方法（1）在砂型或砂芯表面涂刷耐火度高而又致密性的涂料層，它可極為有效地克服粘砂缺陷。（2）適當降低澆注溫度。（3）適當降低保壓時壓力的躍升值。七、變形1.形成原因鑄件變形的形成原因與冷裂形成原因相同2.預防方法對這一問題的