铸造凝固中的气体与气孔分解
常见铸件缺陷
常见铸件缺陷铸件缺陷分析、铸件质量检测数据处理一、铸件缺陷分析的分类（在GB/T5611-1998《铸造名词术语》中归结为8类102种）。
二、铸件缺陷的分析。
1.气孔是气体聚集在铸件表面，皮下和内部而形成的空洞。
气孔的孔壁光滑，稍带氧化彩色，无一定形状，尺寸和位置。
⑴.侵入性，由于浇注过程中液态金属对铸型激烈的热作用，使型砂和芯砂中的发气物（水分、粘接剂和附加物）汽化、分解和燃烧，生存大量气体，以及型腔中原有的气体。
侵入液态金属内部不能逸出所产生的空洞。
（尺寸大）。
⑵.析出性，溶解在液态金属气体中，在冷却凝固过程中，由于溶解度降低而产生的。
（数量多、尺寸小）。
⑶.反应性：液态金属与铸型界面之间、液态金属与渣之间发生化学反应形成的孔洞。
2.夹砂结疤，沟槽、鼠尾（由于型砂腔表面受热膨胀引起的）。
3.粘砂（一般是厚壁部分）类别序号名称特征一、多肉类缺陷1-5冲砂砂型或砂芯表面局部型砂被金属液冲刷掉，在铸件表面的相应部位上形成粗糙、不规则的金属瘤状物。
其常位于浇口附近，被冲刷了的型砂往往在铸件的其它部位形成砂眼1-6 掉砂砂型或砂芯的局部砂块在机械力的作用下掉落，使铸件表面相应部位形成的块状金属突起物。
其外形与掉落的砂块很相识。
在铸件其它部位二、孔洞类缺陷2-1 气孔铸件内由气体形成的孔洞类缺陷。
其表面一般比较光滑，主要呈梨形、圆形和椭圆形。
一般不在铸件表面露出，大孔常孤立存在，小孔则成群出现2-2气缩孔指分散性气孔与缩孔和缩松合并而成的孔洞类铸造缺陷2-5皮下气孔位于铸件表皮下的分散性气孔。
为金属液与砂型之间发生化学反应产生的反应性气孔，形状有针状、蝌蚪状、球状、梨状等，大小不一，深度不等。
通常在机械加工或热处理后才发现2-7 缩孔铸件在凝固过程中，由于补缩不良二产生的孔洞。
形状极不规则，孔壁粗糙并带有枝状晶。
常出现在铸件最后凝固的部位2-8 缩松铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。
借助高倍放大镜才能发现的缩松称为显微缩松。
铝合金铸锭气孔及疏松缺陷的剖析
铝合金铸锭气孔及疏松缺陷的剖析（一）铝合金铸锭无论是扁锭还是园锭在生产中经常会出现气孔和疏松缺陷问题，气孔和疏松如同孪生姐妹，常常相伴为生，给铝加工带来许多麻烦。
铝合金铸锭组织中存在圆形孔洞称为气孔。
它是金属液体在冷却期间和凝固过程中，析出的气体存留在铸锭中形成的气泡缺陷。
疏松是在铝合金铸锭组织在凝固的过程中，由于铝合金在液态和凝固态的过程中,体积在收缩得不到很好的补充而产生出分散孔洞。
（待续）气孔形成的主要因素：在溶解中的熔体的气体处于饱和状态，溶体中存在大量非金属夹渣物，气体在铸造的过程中上浮速度慢，则气泡就会停留在铸锭中产生气孔。
气孔的产生原因：1.原材料潮湿.有油污.水份。
2.熔炉大修或者中修.长期停炉后干燥不彻底。
3.熔体在炉中过热。
4.熔炼的时间过长。
5.工具末彻底干燥。
6.润滑油质量不好.7.燃气水分过大。
疏松一般分为两种：一种是收缩间产生的疏松，一种是末去除溶体气体形成的疏松。
疏松的形成主要因素与熔体的气体含量与铸锭成形时过度带的尺寸.形状以及结构有关。
在分析疏松的原因有几种情况：1.熔体中气体含量过高；2.熔体过热；3.烘炉不彻底.停炉时间过长；4.泠却强度小.铸造速度过快；5铸造温度过低；6.工具及精炼气体.溶剂等潮湿或不彻底；7.漏斗供流不均匀；8.高镁合金覆盖不好。
（待续）铝合金铸锭气孔及疏松是最为常见的缺陷之一，铝合金熔炼与铸造技术（工艺规程）产生；都是围绕气孔和疏松缺陷所制定出来的。
如何解决气孔和疏松缺陷问题？下面就几个案例或许会给你一些启示。
案例1.北方有一铝加工企业，在炉子中修烘炉时由于热电偶失灵，误认为已经达到烘炉时间，提前投入生产，结果造成4炉产品全部报废，原因很简单（气孔.疏松），为了减少损失熔铸技术员们集思广益采取几项措施：1是固体料投放改为液体料投放（缩短熔炼时间）2.是控制化学成分杂质含量（减少非金属夹杂物）3.是加强精炼除气4.是将原来小园锭规格改为大园锭（以降低铸造速度，改变过度带尺寸）结果避免损失。
铸造缺陷-气孔的描述及分析
铸造缺陷-----气孔的概述以及分析一、术语含义：金属液在凝固过程中陷入金属中的气泡，在铸件中形成的孔洞，称为气孔。
还有气眼、气泡、呛火、呛等非正规名称，是孔壁光滑的孔洞类铸造缺陷。
二、目视特征：是指肉眼看到的铸件缺陷的形态特征，是区分气孔、缩孔、砂眼、加渣及确定气孔种类性质的依据。
1、形状：一般为球形或近似于球形、泪滴形、梨形、蠕虫状、长针形等气孔孔洞。
2、表面面貌：在肉眼观察下，气孔孔壁是平滑的，表面颜色有的发亮，有的金属本色，有的发蓝，灰铸铁孔洞表面有的附着一层碳膜。
3、尺寸：由于形成气孔原因复杂，尺寸变动是无规律的，有的大到10至20几毫米，有的小到不到1毫米。
4、部位：是指孔洞在铸件截面中的位置，一般可分为表面气孔，一落砂就可发现，内部气孔只有在机加工后才能显示出来，有的皮下气孔在喷砂后或机加工去除表面硬皮后才能发现。
多出现在浇注位置的上面。
5、危害性：气孔是铸件常见和多发性缺陷，一般情况下，气孔使铸件报废数量约占铸件废品率的25%-80%。
6、气孔种类：从气孔形成原因、形成过程、形成机理来分类，气孔可分为5种，及侵入气孔、裹挟气孔、析出气孔和内外反应气孔。
下面先说一说最常见、发生最多的侵入型气孔。
一、从浇注到铸件凝固成壳期间，砂型、砂芯发生的气体侵入金属液时产生的气孔称为侵入性气孔。
1、它的形状特征：团球形、梨形、泪滴形，小头所指是气体来源的方向。
2、表面面貌：孔壁平滑，铸件侵入气体主要成分是CO时，孔壁呈蓝色；是氢气时，孔壁是金属色，发亮；是水蒸气时，孔壁是氧化色，孔壁发暗，灰色。
3、一般尺寸较大，在几毫米以上。
4、部位：按浇注位置来说，常处于铸件上表面，去掉浇冒口或气针后可看到，有的粗加工后表现出来。
5、分布：大多情况下是单个或几个聚集的尺寸较大的气孔，很少成为弥散性气孔或针孔。
二、形成机理：1、砂型：砂型中的气体侵入金属液，分为两种：①不润湿型：组成砂型型砂粒度细、强度高、紧实度大（硬），如静压线造型。
铸件气孔
铸件气孔的种类与防止方法【摘要】气孔，也称气眼，是铸造生产中最常见的缺陷之一。
产生于铸件内部、表面或近表面，呈大小不等的圆形、长形及不规则形，有单个的，也有聚集成片的，孔壁光滑，颜色为白色，有时覆一层氧化皮。
在长期实践中我们根据形状与生成原因不同一般称之为气孔、气泡、针孔、气疏松和气缩孔。
【关键词】铸件，气孔，浇注，凝固，铸造工艺引言在铸件的废品中，气孔占有很大的比例。
据统计由于气孔导致的铸件废品占铸件废品总数的1/3左右，减少和消除气孔缺陷对提高铸件质量是十分迫切的问题。
1 气孔生成的原因气孔由气体而生成，生成气孔的气体主要是CO、CO2及H2、O2、N2等。
气体主要来自三个方面，即来自金属、造型材料和大气。
气体在金属中熔解度随温度下降而急剧减少。
例如纯铁中氮的溶解度，每一百克金属中1100℃时为20.5cm3，750℃时只有0.3cm3。
氢气的溶解度，每一百克金属中，1000℃时为5.5cm3，而在300℃时只有0.16cm3。
当钢从液态变为固态时，由于溶解度的原因，气体向铸件较高温度方面扩散，扩散至壁较厚、凝固较迟的部位，来不及排放，随着铸件凝固的进行被包容于塑性状态的金属中而生成气体。
所生产的气体是封闭圆形或椭圆形，不于外界相通，孔壁有金属光泽。
型砂中的水分，粘结剂中所含的挥发物，都会因受热而变为气体。
以水为例，当其受到高温金属加热时，首先变为水蒸气，其次，当温度继续升高时水蒸气还要分解。
水变为水蒸气时体积要膨胀，水蒸气分解为氢和氧时还要膨胀。
如这种膨胀受到阻碍则产生压力，此压力在砂型透气不良的情况下，能冲破金属表面凝固膜而穿入铸件内部生成气孔。
在穿入过程中，气体一面运动，一面膨胀，所以形成一个细颈而后扩大的形状，使整个气孔像一个梨形，细颈方面指向气体来源方向。
在铸件表面或皮下往往只有一个微孔不容易看出来，只有热处理后或切削加工过程中才能完全发现。
因为气体与高温金属发生氧化作用，所以孔壁常呈暗蓝色或黑褐色。
铸造气孔解决方法
铸造气孔解决方法铸造气孔是铸造中常见的缺陷之一，其产生对铸件的性能和质量都会产生不良影响。
因此，解决铸造气孔问题是铸造行业中的一个重要课题。
一、铸造气孔的原因铸造气孔产生的原因很多，主要有以下几个方面：1.金属液中气体的存在，如金属液在铸造过程中吸收了大量的气体，当金属凝固后，这些气体就会形成气孔。
2.铸型中气体的存在，如铸型中含有水分、挥发性有机物等，当金属液注入铸型内部时，这些气体就会被排出来，形成气孔。
3.铸造工艺的问题，如浇注温度、浇注速度、压力等的不合理设定，都可能导致铸造气孔的产生。
4.金属材料的问题，如金属材料成分不均匀，含有氧化物、夹杂物等，都可能导致气孔的产生。
二、解决铸造气孔的方法1.改进铸造工艺铸造气孔的产生与铸造工艺密切相关，因此改进铸造工艺是解决铸造气孔问题的首要措施。
具体来说，可以采取以下措施：（1）提高浇注温度，减少金属液中气体的溶解度，从而减少气孔的产生。
（2）控制浇注速度和压力，使金属液充分填充铸型，减少气孔的产生。
（3）改进浇注系统，减少金属液的冲击和喷溅，从而减少气孔的产生。
2.改进金属材料金属材料的成分和质量对铸造气孔的产生也有很大的影响。
因此，改进金属材料也是解决铸造气孔问题的重要措施。
具体来说，可以采取以下措施：（1）改进金属材料的制备工艺，减少夹杂物、氧化物等的产生。
（2）优化金属材料的成分和配比，使其成分均匀，减少气孔的产生。
3.改进铸型和模具铸型和模具的质量对铸造气孔的产生也有很大的影响。
因此，改进铸型和模具也是解决铸造气孔问题的重要措施。
具体来说，可以采取以下措施：（1）优化铸型设计，使其能够充分填充金属液，减少气孔的产生。
（2）加强铸型的密封性，减少铸型中气体的存在，从而减少气孔的产生。
（3）采用高质量的模具材料，减少模具中气体的存在，从而减少气孔的产生。
4.采用热处理技术热处理技术可以改变铸件中的组织结构，从而减少气孔的产生。
具体来说，可以采用以下热处理技术：（1）固溶处理：将铸件加热到一定温度，使其中的溶质均匀分布，从而减少气孔的产生。
铸件气孔 -回复
铸件气孔
铸件气孔是指铸造过程中在铸件内部或表面形成的气孔。
铸件气孔是铸造缺陷之一，会影响铸件的力学性能和外观质量。
铸件气孔的形成原因主要有以下几个方面：
1.熔体中的气体：熔体中的气体在凝固时会向铸件内部或表面聚集形成气孔。
2.模具中的气体：模具中的气体在铸造过程中可能会被挤压到铸件中形成气孔。
3.浇注系统中的气体：浇注系统中的气体在铸造过程中可能会被带进铸件中形成气孔。
4.金属氧化物：金属熔体在铸造过程中可能会与空气中的氧气反应生成氧化物，这些氧化物在凝固时可能会形成气孔。
铸件气孔的大小和数量会影响铸件的性能和质量。
一般情况下，铸件气孔越小越少，铸件的力学性能和外观质量就越好。
为了减少铸件气孔的产生，可以采取以下措施：
1.优化浇注系统设计，减少气体的进入。
2.选用合适的金属材料，避免氧化物的产生。
3.控制熔体的温度和浇注速度，减少气体的聚集。
4.采用真空铸造或压力铸造等先进工艺，减少气体的产生。
铸件气孔的检测方法包括目视检查、X射线检测、超声波检测等。
一旦发现铸件气孔，需要进行修补或重新铸造。
铝合金铸造中的气孔问题与控制
06
案例分析：成功的气孔控制实践
案例一
总结词
严格控制原材料、优化模具设计、采用先进 的熔炼和浇注技术
详细描述
该企业通过对原材料进行严格的质量控制， 确保不含有害杂质。采用先进的模具设计， 优化模具结构和排气性能，有效减少气孔的 产生。同时，采用先进的熔炼和浇注技术， 控制浇注温度和速度，进一步降低气孔的形 成概率。
气孔会阻碍热量的传递， 导致铸件的热传导性能降 低。
气孔对铝合金铸件外观的影响
表面粗糙
气孔会导致铸件表面出现凹坑或凸起，影响外观质量。
颜色不均ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气孔内部可能含有气体，导致铸件表面出现颜色不均的现象。
04
铝合金铸造中气孔的控制方法
优化原材料选择和预处理
总结词
选择高质量的铝合金原材料，并进行严 格的预处理，是控制气孔问题的关键步 骤。
VS
详细描述
在选择铝合金原材料时，应确保其纯净度 高、杂质含量低，以减少气孔的形成。同 时，对原材料进行适当的预处理，如干燥 、除气和净化，可以进一步降低气孔产生 的风险。
精确控制熔炼温度和时间
总结词
精确控制熔炼温度和时间是减少铝合 金铸造中气孔的关键措施。
详细描述
在熔炼过程中，应保持稳定的熔炼温 度，避免温度波动引起的气体析出。 同时，合理控制熔炼时间，确保铝合 金充分熔化和均匀混合，以减少气孔 的形成。
THANKS
感谢观看
总结词
浇注系统的合理设计能够有效地控制铝合金铸造中的气孔问题。
详细描述
浇注系统设计应确保铝液流动平稳、速度适中，避免因湍流或涡流引起的气体卷入。同时，浇口杯和 冒口的设计也要考虑到气体的排出，以减少气孔的形成。此外，浇注系统的清洁和维护也是确保其正 常工作、控制气孔的重要环节。
低压铸造常见缺陷及预防
低压铸造常见缺陷及预防一、气孔：1、特征〔1〕气孔：铸件内部由气体形成的孔洞类缺陷。
其外表一般比较光滑，主要呈梨形、圆形或椭圆形。
一般不在铸件外表露出，大孔常孤立存在，小孔那么成群出现。
〔2〕皮下气孔：位于铸件表皮下的分散性气孔。
为金属液与砂型〔铸型、湿芯、涂料、外表不干净的冷铁〕之间发生化学反响产生的反响性气孔。
形状有针状、蝌蚪状、球状、梨状等。
大小不一，深度不等。
通常在机械加工或热处理后才能发现。
〔3〕气窝〔气坑式外表气孔〕：铸件外表凹进去一块较平滑的气孔。
〔4〕气缩孔：分散性气孔与缩孔和缩松合并而成的孔洞类铸造缺陷。
〔5〕针孔：一般为针头大小分布在铸件截面上的析出性气孔。
铝合金铸件中常出现这类气孔，对铸件性能危害很大。
①点状针孔：此类针孔在低倍显微组织中呈圆点状，轮廓明晰且互不相连，能清点出每平方厘米面积上的针孔数目并测得针孔的直径。
这类针孔容易和缩孔、缩松相区别。
点状针孔由铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小，补缩才能良好的铸件中，如ZL102合金铸件中。
当凝固速度较快时，离共晶成分较远的ZL105合金铸件中也会出现点状针孔。
②网状针孔：此类针孔在低倍显微组织中呈密集相联成网状，伴有少量较大的孔洞，不易清点针孔数目，难以测量针孔的直径，往往带有末梢，俗称“苍蝇脚〞。
结晶温度宽的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及兴隆的枝晶间隙中，此时结晶股价已形成，补缩通道被堵塞，便在晶界上及枝晶间隙中形成网状针孔。
③混合型针孔：此类针孔点状针孔和网状针孔混杂一起，常见于构造复杂、壁厚不均匀的铸件中。
针孔可按国家标准分等级，等级越差，那么铸件的力学性能越低，其抗蚀性能和外表质量越差。
当达不到铸件技术条件所允许的针孔等级时，铸件将被报废，其中网状针孔割裂合金基体，危害性比点状针孔大。
〔6〕外表针孔：成群分布在铸件表层的分散性气孔。
其特征和形成原因与皮下气孔一样，通常暴露在铸件外表，机械加工1～2mm后即可去掉。
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（三）气体的析出
气体析出的三种形式： ①扩散逸出 ②与金属内的某元素形成化合物（夹杂物） ③以气泡形式从金属液逸出
•
•
（二）气体的来源
• 熔炼过程：金属液与炉气接触-----吸气的主 要途径； • 炉料不干净：导致炉气中H2O H2 SO2含 量增加； • 合金液与铸型相互作用 • 工艺因素：浇注系统设计不当，铸型透气 性浇注速度等，浇注过程中空气卷入。
（三）气体溶解度的表示方法
气体溶解度常用100g金属所能溶解的气体在标准 状态下的体积表示，即cm3/(100g)，或用质量分 数：百万分之一，即ppm。
②以气泡形式从金属液中析出：
气泡生核；气泡的长大 ；气泡的上浮
气泡脱离衬底表面示意图
1—衬底
2—液体
三、析出性气孔
定义：金属液凝固过程中，因气体溶解度下降析出气体，形成气泡 未能排除而形成的气孔，称为析出性气孔。 2、分布：铸件断面上大面积均匀分布，而在铸件最后凝固部位，冒口附 近，热节中心部分最为密集。 3、形状：团球形；多角形；断续裂纹状；混合形。析出性气孔常发生在 同一炉或同一包浇注的全部或大多数铸件中。 1.
析出性气孔的形成
1. 析出性气孔的形成机理
（1）金属凝固时，气体溶解度急剧下降。 （2）凝固过程中液相，固相中气体溶质的浓度分 布： 可认为：液相中气体溶质只存在有限扩散，无对 流，搅拌，而固相中气体溶质的扩散可忽略不计。 即使金属中气体原始浓度C0小于饱和浓度，由于 金属凝固时存在溶质再分配，在某时刻，凝固过 程中固—液界面处液相中所富含的气体溶质将大 于饱和浓度，而析出气体。
二、气体在金属中的溶ຫໍສະໝຸດ 与析出（一）金属的吸气过程
• 吸附阶段：气体分子撞击金属表面，某些气体分子离解为 原子，并吸附在金属表面 • 扩散阶段：气体原子经扩散进入金属内部，在金属内均匀 化 • 金属温度越高，气体与金属接触的时间愈长，吸收的气体 就愈多。
（二）气体在金属中的溶解
• 影响单质气体溶解度的主要因素：气体中该气 体的气压、温度、合金的化学成分 1. 温度和压力的影响：不考虑金属蒸汽压时： H S KO P exp(1 ) 2RT
3、防止析出性气孔的途径 : ①减少金属液的原始含气量 • 减少各种气体的来源 炉料要干净 ；附加物，孕育剂等使用等预热； 炉衬，浇包烘干；控制型砂，芯砂的水分； 限制有机粘结剂用量； • 控制熔炼温度金属温度过高易吸气。 • 采用真空熔炼，或熔炼时金属液表示覆盖。 ②对金属液除气处理 ③阻止气体析出
2、影响析出性气孔的主要因素
• （1）合金液原始含气量 ： C0上升，且固态、液态中气体 溶解度差值越大，凝固前沿实集气体多，易形成气孔。 • （2）合金成分：收缩量大，结晶温度范围宽的合金易产 生析出性气孔，且影响原始含气量。 • （3）气体性质：氢比氧易析出且扩散速度快，氢比氧容 易形成析出性气孔。 • （4）外界压力：P0越小，越易产生析出性气孔。 • （5）铸件的凝固方式： • 逐层凝固方式， P0较大，不易析出易于上浮； • 体积凝固方式，枝晶间液体封闭，产生析出性气孔可能性 大；
• •
提高铸件冷却速度，如铝合金采用金属型。 提高金属凝固时的外压：在压缩空气中凝固。
四、反应性气孔
• 定义：金属液与铸型之间，金属与熔渣之间或金属液内部某 些元素，化合物之间发生化学反应能产生的气孔，称反应性 气孔。 ⑴金属与铸型间反应性气孔：皮下13mm， 又称皮下气孔。 • 形状：球状，梨形，长条形。 ⑵金属内部组元之间或组元与非金属夹杂物反应生成的气孔 。 蜂窝状，梨状或团球状，分布均匀
金属与铸型间的反应性气孔（皮下 气孔）
1.氢气孔（铸铁中） 2.CO气体 3.氮气孔 4.形成皮下气孔的共同特点： ①铸型水分高，透气性差， 采用含氮高的树脂砂 ②原始 含气量C0高，钢水脱氮不良 ③中等壁厚的铸件 ④合金中 含易氧化成成分 ⑤熔点高的 合金；浇注温度高
S：气体溶解度 P：与液相平衡的气体中气体分压 △H：气体 溶解热 R： 气体常数 T：热力学温度 K0：系数
2、合金成分的影响： （1）合金成分影响气体的活度系数，从而影响其溶解度。凡是增加H N活 度系数的元素，都使合金液中H N的溶解度减小，反之亦然。 （2）生成化合物的情况 与金属化合生成稳定的化合物，又不溶于 该金属，形成化合物的这部分金 属原子失去吸气能力，气体溶解度降低。 元素与气体化合，生成的化合物又溶解于金属液中，使溶解度增加。
①扩散逸出 金属T T’(T’<T) 若S不变，气体的析出分压力△P：
H 1 1 p p ' p p[exp ( )-1] R T' T
P：T温度下金属内 外气体的分压力 （处于平衡） P’：T’温度下金属内气压的分压力 当△H>0时（溶解吸热），T’越低，△P越大，气体越易向外界扩散。 如果减少金属外部的气体压力（真空铸造）△P↑，金属液中气体不断析出。 注意：气体以扩散方式析出，只有在非常缓慢冷却的条件下才能充分进行， 实际生产条件下往往难以实现。
（四）气体对铸件质量的影响
• 气孔：气孔——常见缺陷：减小铸件的有效工作 面，产生应力集中，成为零件的裂纹源，降低强 度、塑性。 不规则形状的气孔：增加敏感性，降低铸 件的疲劳强度； 弥散型气孔：组织疏松，降低铸件气密性。 • 固溶体：O N——σ δ↓↓， 铜，钢中的H—使合 金变脆（细化裂纹） • 液态金属中溶解的气体：流动性变差 析出压力影响补缩
第二节 铸件中的气体
一、概论
常见气体在铸件中的存在形式
气体的来源 气体溶解度的表示方法 气体对铸件质量的影响
（一）常见气体在铸件中的存在形式
• 固溶体： H溶解于各种合金中； N 铸钢 铸铁有一定溶解度 。
化合物：O与许多元素化合，以化合物形 成存在于合金中。 气态：H2 N2 CO CO2 等