铸铜件气孔产生原因及防止措施

李建国

摘 要：气孔是铸铜件生产中最易产生的缺陷，也是各铸造单位经常导致铸件报废的常见原因之一。气孔大多发生在纯铜、铝青铜铸件中。通过在生产中观察，分析了气孔产生的原因，制定相應的防止措施，有效地消除了气孔缺陷的产生。

关键词：铸铜件;气孔缺陷;防止措施

气孔是铸件生产中最常见的缺陷之一，气孔的孔壁光滑，大气孔多为梨形、圆形或椭圆形。小气孔则常出现在铸件表面，又称为针孔，有的也出现在铸件皮下1～2mm处。按气孔产生的原因分为析出性气孔、侵入性气孔、反应性气孔三大类，易发生于铸件表面或靠近砂芯、冷铁、芯撑或浇冒口附近。相对铸铁、铸钢来说，铸铜产品由于铸造工艺和设备更加复杂，因此对于铸铜气孔缺陷的产生和防止，则需要花费更多的时间和实验去研究。为此，本文通过在生产中观察，分析了气孔缺陷产生的原因，并根据实际制定出相应的防止措施，从而有效地消除气孔缺陷的产生。

1纯铜侵入性气体产生的原因及防止措施

气体从金属液外部侵入到内部，铸件在凝固收缩过程中没有及时逸出，使铸件内部或表面存在孔眼。其主要在铸件内部、表面或接近表面处，特征为圆状或长状，有大气泡也有小针孔。有时气体对铸件表面产生作用，使铸件表面局部出现气窝，直接影响铸件的机械性能。

1.1浇注速度的影响

浇注过程中铜水在液面上升时，水平截面路线发生改变，将气体聚集到截面死角，由于液面上升速度过快，气体被铜水和型腔所包裹。此时，当铸件外部结壳层大于死角气体压力时，气体侵占了型腔空间，铸件在清砂后就会发现一个或多个大小不一的圆状气窝。其特征是光滑的，颜色与铸件其他外部一致，气体的多少决定气窝的大小和数量。

防止措施：浇注时，特别是在壁厚小于20mm铸件时，应控制好铜液平稳冲型，按液面上升的时间可判断出当铜液上升至变化截面时，应减少浇口杯金属液的流量，待填充完死角后，方可加速充型，避免死角气窝的产生。

1.2铸型烘干过程不当

铸型芯在烘干过程中产生裂纹，虽经修补烘干后，其表面恢复光滑，但浇注过程中型芯受高温反应，产生大量的气体压力，将裂缝向型腔内部挤压。当气体压力有限时，不能冲破铸件表面的结壳层，致使铸件外表面产生缝隙式凹陷，其特征是圆滑的缝隙状，不粘砂，颜色与铸件一致，其凹陷长度与深度取决于气体的大小。

防止措施：严格控制型芯干燥过程，其顺序是升温均热-小火保温以减少型芯烧裂现象。修补型芯时应用工具将裂纹处挖深，使用粘结方法，使修补缝延伸到裂纹尽头，必要时可用铁钉加固。

1.3树脂使用过量

配置树脂砂过程中，树脂加入量大、强度高，浇注过程中的发气量也会加大，其原因是树脂在高温作用下产生气体，如果没有及时将其从砂型中排出，气压冲破树脂砂表面的涂料烧结层，结果在铸件中留下缺陷。

防止措施：当树脂砂芯横截面是15mm×35mm时 ，可用树脂量为1.6%～1.8%;当横截面为40mm×400mm砂芯时，可将树脂量降为1.0%～1.2%，原则上是树脂量应保证砂芯强度适中。

1.4树脂砂粒度大小的影响

树脂砂粒度小，砂芯中空间间隙小，透气性低，在浇注时气体排出受阻，与粗砂相比，粗砂空间间隙大，发气量多，但透气性好。在实际生产中发现，细砂砂芯较粗砂砂芯易产生气孔。

防止措施：车间常用树脂砂粒度为0.4～0.7mm。但实际由于进料渠道不一，粗、细砂发生很大的变化，如果发现铸件产生气体，可将粗、细砂各1/2搅拌配置。

1.5砂芯质量低

制作砂芯质量不过关，有局部黏接不牢，在树脂砂固化终强度后，用手摩擦表面，有砂粒脱落现象。浇注时，树脂砂芯内部产生气体，由落砂部位冲破涂料层侵入金属液，在铸件中留下气孔和粘砂。

防止措施：制作树脂砂芯时应保证所配树脂砂在表层没有开始固化时用完。

1.6造型时产生间隙的影响

树脂砂芯在组装时芯座与芯头间隙没有堵牢，在浇注时，砂芯产生的气体可由间隙进入到金属液中，结果在铸件中留下气孔缺陷。

防止措施：芯头与芯座间隙为1～2mm时，可直接刷涂料渗入堵牢，当间隙大于2mm，这时用涂料封堵并不能有效解决问题，而且会造成间隙已被封上的假象，可选用麻泥封堵牢固，以确保通气道呈全封闭出口状。

1.7涂料质量不合格

如果涂料混制质量不合格，树脂砂芯在刷涂料后表面会看到石墨能填充孔隙，呈表面光滑状态。实质上是水加石墨，并没有黏土参与，浇注时一旦接触高温金属液，石墨呈粉状上浮，涂料层失效，气体由砂芯表面侵入到金属液中。

防止措施：由于涂料有沉淀现象，在使用前应保证搅拌时间最少要30 min.

2 铝青铜析出性气体产生的原因及防止措施

在生产中，铝青铜铸件浇注后，冒口不收缩反而上涨，切割后的冒口有针孔状或集中大气泡，其主要是脱氧不良的“反氧”气孔和除氢不良的“反氢"气孔所导致。

氧的存在会与铜以氧化亚铜（Cu2O）的形式分布在晶粒边界，降低铜的塑性，还会同其他合金元素结合成氧化物，显著影响铜及其合金的各种性能。氢是另一种常见于铜中的有害元素。熔炼时合金液和水汽发生反应，就可能产生氢气或生产氢，原子状态的氢可大量溶解于铜合金液中，如果熔炼中除气质量不好，在凝固时，溶解在合金液中的过饱和状态的氢逐渐析出，并形成气泡，未能逸出合金液表面的气泡便会在凝固后成为气孔缺陷。

铝青铜的蒸汽压很小，在熔炼温度下，氢在铝青铜中溶解度较大。在熔炼过程中，铝、铜等元素与炉气和炉料中的水分反应，产生气体，导致合金吸气。产生气体在浇注后铸件的收缩、凝固过程中没有逸出，致使铸件上涨。而且实际生产中为节约成本，炉料中旧料合金混杂，特别是难以避免的锌，当其含量少而不具备脱氧功能时，而生成熔点低的氧化物与铜液中的氢亲和，铸件的凝固收缩应力不能将其挤出，而液面铝氧化膜在阻止大气中氢侵入的同时，也阻碍了铜液内氢的逸出。观察到冒口呈淡红色时可见有白色小气泡上浮，证明这个冒口上涨，其切割后断面有气孔。

防止措施：①用开放式浇注系统，尽量减少二次氧化，避免浇注过程中浇口杯卷进气体。浇注温度尽量低些，一般为1150℃～1170℃，能促使铜铝等合金趋向于同时凝固;②对旧炉料认真消除油污水汽，按工艺精炼，熔炼速度不能过慢，做到勤除杂质，脱氧彻底。铜液出炉后，在真空抽气炉中抽气8～10min，观察出气烟道口，大多铝青铜能抽出独有的白色片状烟尘，其与灰色烟尘一起排出;③炉内循环水不能有漏，尽量使炉底保持干燥，以减少水蒸气与炉内化合物产生加热亲和。

3结语

（1）铸件气孔缺陷的产生是由很多工序中的一环不合格因素造成的，通过对每一道工序的严格控制，能够有效的预防气体缺陷的产生。

（2）如果铸件发现气孔，则应根据其所在的部位、形状参照各环节的检验，分析产生的可能原因，快速寻找缺陷的源头，改进生产条件和铸造工艺，杜绝气体产生，从而达到提高生产效率、保证质量、节约成本的目标。

参考文献：

[1]柳吉荣.铸造工技术（中级）[M].北京：机械工业出版社，1999：220.

[2]柳吉荣，李新阳.铸造工（高级）[M].北京：机械工业出版社，2006.