铸造铝合金中的针孔及其防止

铸造铝合金由于其密度小，比强度高，具有良好的综合性能，因此被广泛用于航空航天、汽车制造、动力仪表、工具及民用器具等制造业。随着国民经济的发展及世界经济一体化进程的推进，其生产量和消耗民量大幅增长。但是，铸造铝合金的针孔缺陷较突出，本文结合笔者在铝合金铸件生产实践中积累的经验，谈谈铝合金铸件针孔缺陷的产生和预防。

一、铸造铝合金针孔的产生

针孔是铝合金在凝固过程中，溶解在铝熔液中的气体(99％H₂)逸出后又没有完全浮到铝液表面造成的。

铝合金在熔炼和浇注时，会吸入大量的氢气，冷却时则因溶解度的下降而不断析出。铝合金中溶解的氢，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凝固过程中，当氢的含量超过了其溶解度时即以气泡的形式析出。因过饱和的氢析出而形成的氢气泡，若来不及上浮排出，就会在凝固过程中形成细小、分散的气孔，即通常所说的针孔。在氢气泡形成前达到的过饱和度是氢气泡形核数目的函数，而氧化物和其他夹杂物则起气泡核心的作用。

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熔炼和浇注铝合金，铸件中的针孔尤其严重。这就是干燥的季节要比多雨潮湿的时节产生的铝合金铸件针孔缺陷少些的原因。

对铝合金而言，如果结晶温度范围较大，则产生网状针孔。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空间中，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，从而使合金中过饱和的氢气析出并形成针孔。

二、铸造铝合金针孔度的评定

铸造铝合金机械加工表面1cm ²范围内孔洞的数量和尺寸称为针孔度。针孔对铝合金性能的影响主要表现在会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，力口强气孔等级对力学性能影响的研究，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GB 10851—1989进行；X射线检测按GBll346—1989铝合金铸件针孔分级标准执行。根据《铝合金铸件针孔度日测评定法》，针孔度分为5级，参考图像如附表中所示。

严重程度	参考图象	在 1cm ²范围内孔洞的数量尺寸
0		在被检表面上无可见孔洞
1		不超过5个，其中， 4个不超过 0.1mm ，1不超过 0.2 mm
2		不超过10个，其中， 8个不超过 0.1 mm ，2个不超过 0.2 mm
3		不超过15个，其中， 12个不超过 0.3 mm ，3个不超过 0.5 mm
4		不超过20个，其中， 14个不超过 0.5mm ，6个不超过 1.0 mm
5		不超过25个，其中。 15个不超过 0.5 mm ， 7个不超过 1.0 mm ， 3个不超过 1.5 mm

三、铸造铝合金针孔缺陷的防止

1.形成针孔的氢气采源与析出

铝合金中气孔的产生，是由于铝合金吸气而形成的，但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，不仅与分子是否容易分解为活性原子有关，还直接与气体原子类别有关。在铝合金熔炼过程中，通常接触的炉气有H2、02、H20、C02及S02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、熔剂以及与气体接触的工具等均会带入一定量的气体。另外，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及空气量来决定的。例如，普通焦炭坩埚炉，炉气成分主要为C0₂、S0₂和N₂；煤气、重油坩埚炉主要为H₂0、N₂；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H₂。因此，采用不同的熔炼炉生产时，铝合金的吸气量和产生气孔的程度是不同的。

铝合金生产实践证明，氢能大量溶解于铝或铝合金中，是导致铝合金形成气孔的主要原因，是铝合金中最有害的气体，也是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铝合金，其他气体一般与铝或铝合金反应形成铝的化合物，如A1₂0₃、A 1C 1₃、A1N及A 1₄C ₃等。