馮偉

摘要：熔模鑄件容易形成氣孔及充型不完整的缺陷，文章對(duì)鑄鋼件氣孔缺陷進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)鑄鋼件氣孔缺陷中的侵入性氣孔鑄件加工易導(dǎo)致鑄件報(bào)廢，而其他氣孔缺陷也較為常見，并在分析氣孔形成因素基礎(chǔ)上提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：鋼鑄件;氣孔缺陷;預(yù)防;熔模鑄造

中圖分類號(hào)：TG245 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）12-0109-02

目前采用鑄造的鑄鋼件占有很大的市場(chǎng)比例。鑄件的形狀復(fù)雜程度及質(zhì)量要求越來越高，對(duì)鑄造的鑄鋼缺陷的防治是鑄件成品率及使用壽命的有效途徑。鑄鋼件氣孔缺陷為熔模鑄造常見生產(chǎn)缺陷，在中溫蠟硅溶膠精密鑄造中，氣孔缺陷常在鑄鋼件皮下，在機(jī)械加工后暴露出來。鑄鋼件具有較高的內(nèi)在要求，如果其加工部位多或全身加工，則對(duì)鑄鋼件的危害就非常大，最終導(dǎo)致鑄鋼件報(bào)廢，從而給企業(yè)帶來極大浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。本文基于熔模鑄件氣孔缺陷的相關(guān)類別為切入點(diǎn)，分析氣孔缺陷特征，而后針對(duì)本公司鑄鋼件生產(chǎn)條件，應(yīng)用熱蝕方法對(duì)熔模鑄鋼的氣孔缺陷進(jìn)行調(diào)查，并分析了預(yù)防鑄鋼件氣孔缺陷的方法。

1熔模鑄鋼件氣孔缺陷類別

氣孔，又叫起眼，為熔模鑄造的重要缺陷之一。常見于鑄件的近表面層、內(nèi)部及表面等處，且大小不等，形狀各異，既有聚集成片的氣孔，也有單個(gè)的氣孔，色彩上多為白色，孔壁光滑。在鋼鑄件中常見的氣孔，依據(jù)氣孔缺陷形成機(jī)理，可以將氣孔分為卷入型、反應(yīng)型、析出型及侵入型等。具體如下：

侵入氣孔。指的是澆注鑄件環(huán)節(jié)中，金屬液體在熱的激烈作用下，鑄型中的粘接劑、水分等發(fā)生氣化、燃燒或分解，其產(chǎn)生的氣體同型腔中存在的氣體在熔模鑄件表面聚集，這些氣體一些浸入金屬液體內(nèi)部而無法溢出，從而形成空洞。

析出氣孔。指的是金屬液體中溶解的氣體，因其溶解度下降，凝固冷卻環(huán)節(jié)中因無法逸出而形成氣體。析出類氣孔缺陷的尺寸較小，數(shù)量多，常表現(xiàn)為針狀、圓形或橢圓形，大面積分布在鑄件斷面，此氣孔多是氮?dú)夂蜌錃饪?，且較為普遍和常見。導(dǎo)致析出氣孔的原因主要是在外界作用條件下，金屬擴(kuò)散溶解劑吸附氣體，致使金屬液體表面的凝固阻力超過氣體浮力，從而產(chǎn)生氣孔。

反應(yīng)氣孔。多指金屬液體的成分間，或金屬液體同鑄型間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所形成的氣孔。金屬鑄型的反應(yīng)氣孔常均勻分布在鑄件的表皮之下，多見于表皮下1-3毫米處，需經(jīng)熱處理后方可發(fā)現(xiàn)，或機(jī)械加工后顯現(xiàn)出來。熔模鑄鋼件的皮下反應(yīng)氣孔多為針狀，直徑通常是Ф1～3毫米，1～10毫米的長(zhǎng)度，針孔方向垂直于表面，孔壁光滑。

卷入氣孔。在充型及澆注過程中，金屬液體中會(huì)卷入一定量的氣體，這些卷入氣體在熔模鑄件內(nèi)產(chǎn)生氣孔。該類氣孔通常是孤立存在，氣孔較大，常見為橢圓形和圓形，多位于鑄件中上部。

2熔模鑄鋼件氣孔缺陷檢查

2.1鑄鋼件生產(chǎn)環(huán)境

我公司主要生產(chǎn)低合金鋼鑄件及碳素鋼鑄件，采用中溫蠟硅溶膠鑄造工藝。過渡層、表面層均為鋯英砂/j盼，莫來粉用于加固層，粘接劑為硅溶膠，撒鋯英砂/粉所用機(jī)器為浮砂機(jī)，蒸汽脫蠟，型殼焙燒，溫度為1150℃，爐熔煉頻為中頻，生產(chǎn)廢品中有少量變形及渣孔，其余為氣孔，氣孔廢品率較高。

2.2收集樣品及其制備

在生產(chǎn)加工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查720件氣孔廢品，收集生產(chǎn)樣品90件，以砂輪切割機(jī)橫剖樣品氣孔缺陷處，先用水砂紙（180目）粗磨，而后用水砂紙（320目）細(xì)磨，應(yīng)用三氧化二鋁懸浮液為拋光液進(jìn)行機(jī)械拋光后，將其放入鹽酸水溶液內(nèi)侵蝕，此后即刻用水沖洗干凈，以酒精棉擦拭磨面，且吹干，對(duì)缺陷進(jìn)行著色探傷檢測(cè)。侵蝕劑為鹽酸水溶液（1：1），侵蝕溫度為60至70℃，侵蝕時(shí)間為低合金鋼和中碳鋼25分鐘，低碳鋼20分鐘。

2.3鑒別缺陷

常見的氣孔缺陷主要為析出型、侵入型、卷入型等氣孔。熔模鑄鋼件析出氣孔侵蝕面的整個(gè)截面均勻分布有微裂紋和細(xì)小孔洞，鋼鑄件表面很少見到氣孔缺陷。而在侵入氣孔缺陷鑒別方面，侵蝕面鑄件的表皮處存在橢圓形和圓形孔洞，此外其他的都很完整，加工鑄鋼件的表面表現(xiàn)為局部蜂窩狀和單個(gè)氣孔。鑄鋼件的表面存在較大的單個(gè)孔徑氣孔，多見于鑄鋼件上部。

3缺陷檢查結(jié)果和缺陷分析

3.1缺陷檢查結(jié)果

在90件樣品中，發(fā)現(xiàn)侵入氣孔缺陷68件，占比75.6%;卷入氣孔缺陷13件，占14.4%;析出氣孔缺陷9件，占10%。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的720件生產(chǎn)廢品中發(fā)現(xiàn)侵入氣孔缺陷的廢品最多，有625件，占86.8%，而卷入氣孔僅67件，占9.3%，渣氣孔缺陷28件，占3.9%。可見，在熔模鑄鋼件中會(huì)存在許多的析出型氣孔，該類氣孔的孔徑較小，在加工鑄件時(shí)給熔模鑄件造成的影響相對(duì)較小，不至于報(bào)廢此鑄鋼件，當(dāng)然，盡管也存在卷入型氣孔，而同侵入型氣孔比較，其數(shù)量占比很少，而侵人性氣孔的熔模鑄鋼件則最多，占75.6%。為此，在熔模鑄鋼件生產(chǎn)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注侵入氣孔缺陷，其是導(dǎo)致熔模鑄鋼件產(chǎn)品報(bào)廢的重要因素。

3.2氣孔缺陷形成分析

3.2.1侵入氣孔缺陷分析

澆注熔模鑄鋼件過程中，在鋼水熱作用下，型殼壁產(chǎn)生揮發(fā)物質(zhì)，造成鋼水一型殼壁界面生成一定的氣體，如果此氣體壓力符合以下條件，此氣體就侵入到鋼水內(nèi)部。P腔+P阻+P液

（1）粘接劑類型：硅溶膠型殼濕強(qiáng)度低及干燥速度慢，制殼周期長(zhǎng)，若燒溫過高會(huì)出現(xiàn)熱裂陷，加上其收縮性超過鑄鐵，因此極易出現(xiàn)縮孔缺陷。（2）耐火材料類型：耐火材料類型對(duì)型殼透氣性也具有重要影響，相較于其他耐火材料，在高溫下，石英晶形狀的轉(zhuǎn)變則會(huì)導(dǎo)致石英砂型殼形成微裂紋，增強(qiáng)其透氣性。（3）撒砂粒度及涂料粘度對(duì)型殼透氣性的影響也較大，增加涂料粘度，則型殼透氣性會(huì)降低，極為致密表面層會(huì)影響到鑄件加固層，但同型殼透氣性相比，其對(duì)型殼透氣性的影響更大。如果型砂顆粒度發(fā)生改變，則其型殼的透氣性也發(fā)生變化，型砂顆粒越細(xì)，其透氣性就越差。撒砂的可燃性附加物不斷增加，則其透氣性也會(huì)隨之急劇上升。在型殼材料相同的情況下，型殼層數(shù)越多，則其透氣性就越弱。（4）焙燒時(shí)間及溫度對(duì)型殼的影響：焙燒溫度影響型殼透氣性，溫度越高其透氣性就越強(qiáng)，這是因?yàn)樵诟邷叵?，型殼體積發(fā)生膨脹，進(jìn)而會(huì)形成顯微裂紋。

預(yù)防侵入氣孔缺陷的措施是：不澆注受潮型殼，應(yīng)澆注紅殼（熱殼）;充分干燥后方可制殼，以防止形成涂料堆積，中溫蠟硅溶膠鑄造脫蠟過程中，快速處理蠟液，確保冒口、補(bǔ)貼及冷鐵按順序凝固，應(yīng)用壁厚均勻、無尖角、直角的結(jié)構(gòu)，減少型殼層數(shù)，以改變型殼透氣性和退讓性，同時(shí)，必須充分焙燒，焙燒后型殼口無冒煙。

3.2.2卷人性氣孔缺陷

熔模鑄鋼件澆注、沒澆注的型腔系統(tǒng)均會(huì)被大氣占領(lǐng)，在澆注過程中，金屬液體流因其不平穩(wěn)性會(huì)將氣體卷入型腔內(nèi)，從而產(chǎn)生氣孔。此氣孔缺陷成因與侵人性不同，卷人性氣孔源自型腔中的大氣，但侵人性氣孔氣體主要有鑄造物質(zhì)本身產(chǎn)生的氣體;卷入型氣孔中的氣體較為被動(dòng)，金屬液體則處于主動(dòng)地位，而侵入氣孔氣體則是主動(dòng)的。熔模鑄造中其澆注結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)短，填充速度快且澆注時(shí)間不常，極易卷入氣孔。

缺陷預(yù)防措施是：在熔模鑄造方案的設(shè)計(jì)中，必須充分考慮鑄造件排氣的方便性，保證金屬液體充型能夠平穩(wěn)有序。在充型末端設(shè)置溢氣槽、集氣包、出氣口及排氣邊等。

3.2.3析出氣孔缺陷分析

析出氣孔分為過溶、反應(yīng)等氣孔缺陷類型，具體如下：

（1）過溶析出氣孔。在熔模鑄鋼件澆注鋼液時(shí)，液體中含有大量氣體，此類氣體主要是氮、氫，二者在鋼溶液凝固時(shí)會(huì)突然下降，而液態(tài)鋼中溶解的氮、氫在凝固時(shí)處于飽和狀，過溶的將力求析出，若二者的壓力超過外界壓力，則會(huì)析出形成氣泡，在凝固溫度狀態(tài)中氫溶液于液態(tài)鋼的溶解度為0.0025%，溶解于固態(tài)鋼的溶解度為0.001%，所以液態(tài)鋼氫含量超過0.001%時(shí)凝固過程中會(huì)析出氫而形成氣孔，但實(shí)踐中氫濃度稍低于該值即可析出氣孔。在鋼中氫還可導(dǎo)致裂紋，出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象。此外，鋼的含氮量低于0.02%，且存在形態(tài)為穩(wěn)定氮化物，同鍶、鋁等具有親和力，易形成氮化物，若鋼中存在此類元素則自由氮的析出會(huì)劇烈下降，防止形成氮?dú)饪?，?duì)鋼氣孔形成無太大影響。

氫原子所致的氣孔缺陷防止措施：做好爐料清潔，保持爐料、工具、燒包、爐體及鐵合金等的干燥。

（2）反應(yīng)析出氣孔。反應(yīng)析出氣孔為液體金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生氣體析出所致的。其中氧的影響最大。氧以氧化鐵的方式存在鋼液中，若在不脫氧情況下澆注鋼液，會(huì)看到冒火花，即為一氧化碳?xì)馀萃庖?。如果鋼液氧化?yán)重，一氧化鐵明顯高出其與碳的平衡關(guān)系，反應(yīng)生成的一氧化碳?jí)毫Τ^外界壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣泡外溢，有些則在澆注鋼液前離開液面，有的則在進(jìn)入鑄型后上浮凝固，形成氣孔，且多在鑄件上方。若鋼液脫氧不完全，鋼液氧化鐵含量趨于平衡值，澆注時(shí)無氣泡形成，但鑄件凝固過程中因鋼液溫度下降則會(huì)生成氧化碳，氧化鐵同碳的平衡打破，若氧化碳?jí)毫Υ笥谕饨鐗毫t會(huì)析出小針孔，分布均勻，且大面積分布在鑄件斷面。

總之，熔模鑄鋼件氣孔缺陷形成同焙燒溫度、時(shí)間、冶煉時(shí)間、爐料清潔情況等因素有很大關(guān)系，防止鑄鋼件氣孔缺陷的形成需要降低型殼中產(chǎn)生氣體的物質(zhì)、保持爐料清潔和實(shí)施鋼液脫氧等措施，以減少熔模鑄鋼件的氣孔缺陷。