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铸造钙铝合金产生气孔的原因与预防   

发布日期:2018-11-30 作者:客服 点击:

  1.气孔类别


  由于钙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,如熔炼过程中控制稍许不当,钙铝合金就很轻易吸收气体而形成气孔,最常见的是针孔。针孔,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,是在铸件的厚大断面和冷却速度较小的部位。根据钙铝合金析出性气孔的分布和外形特征,针孔又可以分为三类,即:


  (1)点状针孔:在低倍组织中针孔呈圆点状,针孔轮廓清楚且互不连续,能数出每平方厘米面积上针孔的数目,并能测得出其直径。这种针孔轻易与缩孔、缩松等予以区别开来。


  (2)网状针孔:在低倍组织中针孔密集相连成网状,有少数较大的孔洞,不便清查单位面积上针孔的数目,也难以测出针孔的直径大小。


  (3)综合性气孔:它是点状针孔和网状针孔的中间型,从低倍组织上看,大针孔较多,但不是圆点状,而呈多角形。钙铝合金生产实践证实,钙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,各种成分的钙铝合金都轻易产生针孔。


  2.针孔的形成


  钙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,钙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,氢在钙铝合金中的溶解度下降19倍。因此钙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。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。

钙铝合金

  在一般生产条件下,非凡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钙铝合金,铸件中的针孔尤其严重。这就是我们在生产中经常有人纳闷干燥的季节总比多雨潮湿的时节钙铝合金铸件针孔缺陷少些的原因。


  一般说来,对钙铝合金而言,假如结晶温度范围较大,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,使钙铝合金轻易形成发达的树状结晶。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。


  3.形成气孔的氢气的来源与析出


  钙铝合金中气孔的产生,是由于钙铝合金吸气而形成的,但气体分子状态的气体一般不能溶解于合金液中,只有当气体分子分解为活性原子时,才有可能溶解。合金液中气体能溶解的数量多少,不仅与分子是否轻易分解为活性原子有关,还直接与气体原子类别有关。在钙铝合金熔炼过程中,通常接触的炉气有:氢气、氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等,这些气体主要是由燃料燃烧后产生的,而耐火材料、金属炉料及熔剂、与气体接触的工具等也可以带入一定量的气体,如新砌的炉衬、炉子的耐火材料、坩埚等,通常需要使用几天或几周的时间,其化学结合的氢才能充分从粘结剂中释放出来。一般而言,炉气成分是由燃料种类以及空气量来决定的。普通焦炭坩埚炉,炉气成分主要为二氧化碳、二氧化硫和氮气;煤气、重油坩埚炉主要为水蒸气、氮气;而对目前大多数熔炼厂家使用的电炉熔炼来说,炉气成分主要是氢气。因此,采用不同的熔炼炉熔炼时,钙铝合金的吸气量和产生气孔的程度是不同的。钙铝合金生产实践证实,氢是唯一能大量溶解于铝或钙铝合金中的气体,是导致钙铝合金形成气孔的主要原因,是钙铝合金中最有害的气体,也是钙铝合金中溶解度最大的气体。在铸件凝固过程中由于氢的析出而产生的孔隙,不仅减少了铸件的实际截面积而且是裂纹源。惰性气体不能溶于铝或钙铝合金,其他气体一般与铝或钙铝合金反应形成铝的化合物,如Al2O3、AlCl3、AlN、Al4C3等等。氢在液态铝或钙铝合金中的溶液解度很大,而几乎不溶解于固态铝(在室温条件下,其溶解度约在0.003﹪以下)。在钙铝合金熔炼时,四周空气中的氢气含量并不多,氢的最通常的来源是铝和水蒸气的反应,而水蒸气主要来源于炉气中的水分、设备及工具吸附的水分、一些材料的结晶水与铝锈Al(OH)2分解出来的水分等,其反应式如下:3H2O(水蒸气)2Al=Al2O3 6[H]


  (1)含镁钙铝合金由于还发生下列反应,更轻易吸收氢:H2O(水蒸气)Mg=MgO 2[H]


  (2)另外,金属炉料或回炉料带入的油污、有机物、盐类熔剂等与铝液反应也能生成氢:4mAl 3CmHn=mAl4C3 3n[H]


  (3)镁、钠、锂可以改变铝的表面的氧化膜,使活性氢原子轻易进入;金属氟和铍则能在铝的表面形成更致密的氧化膜,降低氢向铝液或钙铝合金中扩散的速度,对钙铝合金起到保护作用。形成氢化物的元素,如钙、钛、锂、铯等金属均能强烈地扩大氢在铝液中的溶解度。  


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