用造型材料防止铝合金铸件的气孔缺陷.pdf

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1、2009中国铸造活动周论文集合理选用造型材料防止铝合金铸件的气孔缺陷112黄旦忠，孙超业，李永冬（1.沈阳铸造研究所，辽宁沈阳110022；2.青岛铸造机械集团公司，山东青岛266032）摘要：本文探讨了砂型铸造中铝合金铸件气孔缺陷产生的机理，分析了铝合金铸件在砂型铸造过程中气孔缺陷形成的原因，并提出了消除这种缺陷的有效措施，为生产优质铝合金铸件提供了科学依据。关键词：铝合金铸件；气孔缺陷；造型材料１前言在实际生产中，铝合金铸件会出现多种缺陷，其中气孔(针孔)缺陷最为普遍，也最为严重。气孔缺陷经常出现在砂型铸造大型铝合金铸

2、件的厚大部位，以及中小型铝合金铸件的冒口根部和加工端面。铝合金铸件气孔的产生不仅与型(芯)砂中的水分、由型(芯)砂产生的气体以及和型芯砂的透气性有关，而且还与合金的原材料及合金的熔炼质量有关，在熔炼时添加覆盖剂对金属液进行保护并对铝熔液作精炼处理，都可有效降低铝液中的含氢量。气孔是影响铝合金铸件本身力学性能的主要因素之一，特别是对于一些重要的军工铝合金铸件，对气孔缺陷的级别均有严格的要求，一般都要求达到二级以内（按GJB5480-89标准）。目前，国内大多数厂家还达不到上述要求。随着生产应用中对铝合金铸件品质要求的越来越高

3、,对于如何解决并消除铸造气孔缺陷也日益受到铸造工作者的广泛关注。２砂型铸造中铝合金铸件气孔缺陷产生的机理多年来，国内外对铝合金铸件中气孔缺陷的形成机理和预防措施已进行了大量有益的研究工作。英国P.R.Beeley等人研究指出，氢在铝液中溶解度很大，在液相线以上（约3100℃）每100g铝液中可溶0.6㎝以上的氢气，当凝固成固体后，在铝中氢的溶解度几3乎是零（～0.03㎝），即铝合金从液态到固态的转变过程中，氢的溶解度将减少约20倍。由于铝合金铸件的凝固时间又很短，氢气来不及排除，而残留在铸件中，形成气孔缺陷。英国W.A.B

4、aker等人从铝合金铸件气孔缺陷部位取出气体，进行分析后发现是氢气，因而证实气孔主要组成是氢气。美国M.T.Rowley等人研究铸件的气孔缺陷时指出，气孔缺陷的产生主要是由于溶入金属液中的气体在凝固过程中来不及全部排除而分散性地残留在-1-2009中国铸造活动周论文集铸件中造成的。由此可知，铝合金在熔炼、浇注的过程中,处于液态状态下的合金液很容易吸收大量气体，特别是溶解大量氢气，而在固态状态几乎不溶解气体，或者溶解的极少。铝合金在凝固过程中，如果所溶解的气体(特别是氢气)不能及时被排出熔体，那么凝固后就将在固体(铸件)内形

5、成气孔(或针孔)缺陷。这些气体主要来源于两个方面：冶金因素（在熔炼时吸收的气体）和造型材料因素（在浇铸和凝固时，由于造型材料中的水分和有机物的受热分解及燃烧而产生的气体被铝液二+2-次吸收）。水分在高温条件下发生反应：H2O=2H+O，这是一个可逆反应。分解出来的氧又3+2-容易与金属液生成熔点较高的Al2O3，反应方程式为:2Al+3O=Al2O3，这样就促进了水蒸气的高温分解，使氢离子便不断向合金液中扩散。氢在合金液中的溶解度除与温度成正比外，还与压力及空气的湿度分压成正比。根据西华特定律，氢在铝金属液中的溶解度[H]

6、与液面上氢分压PH2有如下关系式：A[H]=KH=P=(-+B)PH2H2T式中：KH——氢的溶解度系数；T——热力学温度；A、B——均为常数。所以，为了获得高质量的无气孔铝合金铸件，严格控制铝合金中氢气含量十分重要。在国内外为了降低和控制熔炼过程中铝液的含氢量，已采取了许多有效的措施，如采用各种优质的精炼剂、变质剂和除气剂，特别是采用旋转喷吹等先进精炼除气技术，均取得了较好的效果。据美国D.Swanson(PYROTEK公司)等人试验指出，采用旋转除气系统，可使铝液中氢气的含量从脱气前0.12～0.16cc/100gAl

7、减少到脱气后0.04～0.05cc/100gAl，脱气效率达到70％以上。但是，目前我国大量采用呋喃树脂砂来造型制芯，浇铸时，高温的铝液进入型腔，并与造型材料直接接触，在高温作用下，铸型涂料和型、芯砂等都会产生一系列复杂的物理化学变化，例如，其中水分的汽化分解，有机物的燃烧、分解等，均导致大量气体（氢气）的产生，如果这些气体不能及时排除，必然会使含氢量极低的铝液重新“二次吸气”。所以，为了减少造型材料的发气量并将它控制在较低的水平，可采取如下的一些措施。3合理选用造型材降低铝合金气孔缺陷的措施3.1合理选用自硬呋喃树脂3.

8、1.1选用含水量低的自硬呋喃树脂-2-2009中国铸造活动周论文集呋喃树脂在我国铸造生产中已得到了广泛的应用，现已成为我国铸造企业生产结构复杂、质量精度要求高的铸件所选用的重要的造型、制芯材料。但是，当用来生产要求较高的铸铝件时，对它的技术性能必须提出一定的要求。目前国产的呋喃树脂中一般含水量为4～15