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说一下铝合金铸件气孔产生因素分析

说一下铝合金铸件气孔产生因素分析

发布日期:2021/6/4 10:51:22

在纯铝中加入一些金属或非金属元素所熔制的铝合金是一种新型的合金材料,由于其比重小,比强度高,具有良好的综合性能,因此,被广泛用于航空工业、汽车制造业、动力仪表、工具及民用器具制造等方面。

  一、气孔分类

  由于铝合金具有严重的氧化和吸气倾向,熔炼过程中又直接与炉气或外界大气相接触,因此,熔炼过程中控制稍许不当,铝合金就很容易吸收气体而形成气孔,常见的是针孔。

  针孔(pin-hole),通常是指铸件中小于1mm的析出性气孔,多呈圆形,不均匀分布在铸件整个断面上,特别是在铸件的厚大断面和冷却速度较小的部位。根据铝合金析出性气孔的分布和形状特征,针孔又可以分为三类:点状针孔、网状针孔和综合性气孔。

  实践证明,铝合金因吸气而形成气孔的主要气体成分是氢气,并且其出现无一定的规律可循,往往是一个炉次的全部或多数铸件均存在有针孔现象;材料也不例外,各种成分的铝合金都容易产生针孔。

  二、铝合金形成针孔的原因分析

  铝合金在熔炼和浇注时,能吸收大量的氢气,冷却时,则因溶解度的下降而不断析出。有的资料介绍,铝合金中溶解的较多的氢,其溶解度随合金液温度的升高而增大,随温度的下降而减少,由液态转变成固态时,氢在铝合金中的溶解度下降19倍。

  因此,铝合金液在冷却的凝固过程中,氢的某一时刻,氢的含量超过了其溶解度即以气泡的形式析出。因过饱和的氢析出而形成的氢气泡,来不及上浮排出的,就在凝固过程中形成细小、分散的气孔,即平常我们所说的针孔(gas porosity)。

  在氢气泡形成前达到的过饱和度是氢气泡形核的数目的函数,而氧化物和其他夹杂物则在起气泡核心的作用。

  在一般生产条件下,特别是在厚大的砂型铸件中很难避免针孔的产生。在相对湿度大的气氛中溶炼和浇注铝合金,铸件中的针孔尤其严重。

  一般说来,对铝合金而言,如果结晶温度范围较大,则产生网状针孔的机率也就大得多。这是因为,在一般铸造生产条件下,铸件具有宽的凝固温度范围,使铝合金容易形成发达的树枝状结晶。

  在凝固后期,树枝状结晶间隙部分的残留铝液可能相互隔绝,分别存在于近似封闭的小小空间之中,由于它们受到外界大气压力和合金液体的静压作用较小,当残留铝液进一步冷却收缩时,能形成一定程度的真空(即补缩通道被阻塞),从而使合金中过饱和的氢气析出而形成针孔。

  三、针孔对铝合金铸件性能的影响

  针孔对铝合金性能的影响,主要表现在能使铸件组织致密度降低,力学性能下降。

  为此,在铝合金铸件生产实践中,加强对气孔等级对力学性能的影响研究,通过控制针孔等级来保证铝合金铸件品质是非常重要的。针孔等级评定,低倍检验按GB10851-89进行;X射线照相按GB11346-89铝合金铸件针孔分级标准执行,该标准选用目前工业生产中常用的两种合金ZL101(Al-Si-Mg系)和ZL201(Al-Cu-Mn系),并在T4状态测定σb和σ5。

  试验结果表明:铸件力学性能与针孔等级之间是线性相关关系,随着针孔等级级别增加,力学性能逐步下降;针孔等级每增加一级,力学性σb下降3%左右,σ5下降5%左右。对铝合金铸件切取性能试样要求,铸件允许存在的针孔级别详见GB9438-8。

  这里应当指出的是,由于铸件壁厚效应的影响,即使针孔严重程度相同,壁厚大的部位力学性能下降较低,壁厚小的部位则较高。由于铸件的力学性能取决于多种因素,不仅与针孔等级有关,还与合金的化学成分的波动、铸件的凝固速度、热处理效果、其他缺陷的存在因素有关,所以,同一级别的针孔试样,力学性能将在一个相当大的范围内波动。

  四、铝合金铸件针孔形成的主要因素

  综上所述,针孔是铝合金铸件中容易出现的且对铸件品质造成一定影响的一种铸造缺陷,氢是造成针孔的主要原因(有的资料介绍,铝液中所溶解的气体中80%-90%是氢),而氢的主要来源是水蒸气分解所产生的。因此,铝合金在熔炼过程中造成水蒸气产生的原因,也就是直接影响针孔形成的主要因素。

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