余國紅，熊 偉

（中國工程物理研究院材料研究所，四川 江油 621907）

鑄造缺陷一直是鑄件生產(chǎn)中遇到的一大難題，鑄造缺陷將影響鑄件的最終質(zhì)量。鑄件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鑄造缺陷，如裂宏觀偏析、非金屬夾雜物、氣孔、縮孔等都對性能影響巨大，即使經(jīng)過塑性加工，也不能完全消除對最終產(chǎn)品性能的影響，這些缺陷痕跡將殘留在塑性加工后的產(chǎn)品中，對產(chǎn)品的使用性能帶來潛在的危險(xiǎn)。而對于很多直接采用鑄態(tài)的薄壁件來說，鑄造缺陷對產(chǎn)品的力學(xué)性能（如強(qiáng)度、塑性等）、耐腐蝕性能以及表面質(zhì)量的影響就更加明顯了，鑄件中出現(xiàn)的缺陷往往導(dǎo)致產(chǎn)品無法滿足性能要求而報(bào)廢。因此，在薄壁件的鑄造過程中嚴(yán)格控制鑄造缺陷的產(chǎn)生具有重要的意義。本文針對薄壁件鑄造中常產(chǎn)生的幾種缺陷進(jìn)行分析討論，并提出缺陷控制措施。

1 冷隔及其控制方法

冷隔是鑄件上產(chǎn)生的縫隙，有的穿透鑄件有的則不穿透鑄件，其邊緣呈圓角狀，是金屬流充型過程中股匯合時(shí)產(chǎn)生熔合不良所導(dǎo)致。冷隔一般出現(xiàn)在薄壁處、遠(yuǎn)離澆道的寬大表面、激冷部位、金屬流匯聚位置。冷隔產(chǎn)生的原因主要有：①澆注速度過慢或者是澆注時(shí)金屬液的溫過低；②鑄造所采用的模具透氣性差，排氣困難，出氣冒口設(shè)計(jì)的尺寸過小且數(shù)量太少；③鑄造所采用的合金本身粘度大，流動性變差；④鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，鑄件的中的薄壁太薄導(dǎo)致鑄件的鑄造性變差；⑤鑄造工藝設(shè)計(jì)不合理，鑄件中的大而薄的部位距離內(nèi)交道太遠(yuǎn)或者設(shè)置在鑄件的頂部；⑥澆道設(shè)計(jì)不合理，澆道截面積太小或者是內(nèi)澆道的位置設(shè)置不當(dāng)或數(shù)量偏少，以及直澆道的高度太低從而導(dǎo)致金屬液的靜壓頭太小。

在大型薄壁鑄件的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的冷隔缺陷，通過提高澆注時(shí)金屬液體的溫度，使金屬液在較高的溫度下仍能保持順暢的流動性，從而使得金屬液在到達(dá)缺陷位置時(shí)不會因溫度降低過快而發(fā)生凝固產(chǎn)生冷隔。也可以通過對熔煉過程中合金的配比進(jìn)行調(diào)整來改善金屬液的流動性。同時(shí)，在鑄件容易產(chǎn)生冷隔的部位添加出氣棒，可促進(jìn)鑄型的排氣，防止在該部位產(chǎn)生較多的氣體無法快速逸出而阻礙金屬液的合流。最后，合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)金屬液連續(xù)、平穩(wěn)地充型，在最短的時(shí)間內(nèi)充滿型腔，可有效避免冷隔等缺陷的產(chǎn)生。

2 氣孔及其控制方法

氣孔是鑄件生產(chǎn)中另一種常見的缺陷。常產(chǎn)生在鑄件的表面、近表面或者內(nèi)部，呈長形、大小不一致的圓形或者其他不規(guī)則形狀。氣孔有的單個(gè)存在，有的聚集成片存在，且孔壁光滑呈白色，有時(shí)還會帶一層氧化后的渣皮。根據(jù)產(chǎn)生的形狀和生成原因的不同，可以分為氣孔、針孔、氣疏松，或者氣縮孔、氣泡。

H2是熔融金屬鋁中的主要?dú)怏w成分（H2約占金屬鋁中總氣體的80%～90%），剩下的CO、O2、N2等氣體僅占總氣體的10%～20%。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鋁熔體中產(chǎn)生的H2主要由水汽和鋁液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，水汽會與熔融鋁液發(fā)生反應(yīng)生成H2，H2則通過吸附和擴(kuò)散溶入熔體中。由此可見，在實(shí)際的生產(chǎn)中，合金熔化、保溫以及澆鑄成型等過程中，鋁熔體都會和原料、坩堝以及大氣中的水汽發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生H2。

為減少鋁鑄件中的氣孔產(chǎn)生，提高鋁鑄件的性能，改善鋁鑄件產(chǎn)品的合格率，經(jīng)過實(shí)踐，可以通過以下方式來預(yù)防鋁或鋁合金鑄件中產(chǎn)生氣孔。

（1）準(zhǔn)備步驟。熔煉前需認(rèn)真去除附著在爐料表面的污物，并且爐料在使用前需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度一般在300℃～500℃，預(yù)熱時(shí)間一般在2h以上，該過程能有效揮發(fā)水分和油污等。在正式開始熔煉前需要清理模具、工裝以及熔煉用表面油污等，一般采用在100℃～300℃進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后在表面涂防護(hù)涂料。對于新熔煉坩堝或有殘留物的舊坩堝前，也需對表面進(jìn)行清理，通常預(yù)熱溫度為600℃～750℃，保溫時(shí)間為1h～4h。

（2）鑄造過程中，縮短鋁液在高溫下的持續(xù)時(shí)間，可明顯降低經(jīng)過低溫澆鑄的鑄件出現(xiàn)氣孔情況。若不可避免鋁液必須保存在較高溫度下，需要在鋁液的表面覆蓋一層熔劑，防止鋁液發(fā)生吸氣反應(yīng)。對于采用砂型鑄造工藝進(jìn)行加工鋁鑄件，從原料熔化到最后澆鑄時(shí)間應(yīng)不超過3小時(shí)；而使用金屬型鑄造的鋁鑄件澆鑄時(shí)間不超過5小時(shí)。

（3）嚴(yán)格控制鋁鑄件熔煉過程中的濕度。鋁鑄件在鑄造過程中應(yīng)該采取有效的防濕、防潮措施，并嚴(yán)格對熔煉坩堝、工裝、模具等進(jìn)行預(yù)熱處理。

（4）鋁合金熔體精煉除氣過程中，可以在熔體中加入除氣劑來制造大量的氣體，并通過改變分壓，促進(jìn)溶解在鋁液中的H2向氣泡擴(kuò)散，當(dāng)氣泡上浮至鋁液表面時(shí)，氫氣進(jìn)入大氣之中，達(dá)到除氫的目的。

（5）提高H2在鋁熔體中的溶解度。采用高壓狀態(tài)下進(jìn)行凝固或快速凝固方法來增加H2在鋁熔體中的溶解度，鋁合金熔體析出過程中H2氣體受到阻礙，達(dá)到降低鑄錠中氣孔產(chǎn)生的目的。

3 縮松及其控制方法

縮松是鑄件在最后凝固的部位沒有得到充足的液態(tài)金屬進(jìn)行補(bǔ)縮而形成的分散和細(xì)小的孔洞。常分散在鑄件厚大部、冒口根部和內(nèi)澆口附近。當(dāng)縮孔與縮松體積相同時(shí)，縮松的分布面積要比縮孔大得多?？s松常常位于鑄件的內(nèi)部，外表上不易被發(fā)現(xiàn)?？s松按照其形態(tài)可以分為微觀縮松（顯微縮松）和宏觀縮松（簡稱縮松）兩類?？s松一般常出現(xiàn)在結(jié)晶溫度范圍較寬的合金中，多分布在鑄件壁的軸線區(qū)域、鑄件厚壁的中心部位或縮孔附近。在鑄件中的熱節(jié)部位，顯微縮松在各種合金鑄件中都或多或少會存在，一般出現(xiàn)在枝晶間，與微觀氣孔難以區(qū)分，只有借助顯微鏡才容易觀察到。鑄件中存在的任何形態(tài)的縮松和縮孔，都會減少鑄件的受力面積，在縮松和縮孔的尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使鑄件的力學(xué)性能顯著降低。因此，必須采取有效措施予以防止。

防止縮松和縮孔產(chǎn)生的方法主要從鑄造工藝、合金特點(diǎn)、鑄件結(jié)構(gòu)以及鑄型條件四個(gè)方面考慮。

（1）鑄造工藝。①合理地采取澆注工藝及澆注系統(tǒng)的引入位置，綜合利用冷鐵、補(bǔ)貼和冒口，以及在澆口杯和冒口上加發(fā)熱劑、保溫劑。②采取合理的熔煉工藝，減少金屬中氣體及氧化物，提高其流動性和補(bǔ)縮能力。

（2）合金特點(diǎn)。①在使用條件允許的情況下，盡量選取結(jié)晶溫度窄的合金成分。例如，對于球墨鑄鐵及灰鑄鐵，將合金成分選擇在共晶點(diǎn)附近，以利于減小鑄件的縮松和縮孔。②有效地控制熔煉過程，采用冶金性能良好的液態(tài)合金。

（3）鑄件結(jié)構(gòu)。合理改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)，力求壁厚均勻，減小熱節(jié)，或使鑄件壁厚變化有利于順序凝固。

（4）鑄型條件。鑄型剛度因造型的緊實(shí)率及鑄型種類的不同而異，應(yīng)根據(jù)鑄件的技術(shù)要求及實(shí)際生產(chǎn)情況合理地選擇鑄型，在可能的情況下，增加鑄型剛度，改善鑄型的散熱條件。

4 結(jié)論

針對薄壁件鑄造過程中的缺陷特點(diǎn)，通過分析合金特性、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及鑄造工藝等，提出了針對性措施，上述內(nèi)容能為薄壁件鑄造提供理論支持，也能為工程中薄壁件的質(zhì)量控制提供實(shí)際的指導(dǎo)。