铸钢件的气孔产生的原因及解决文案

气孔是铸造生产中常见的缺陷之一，铸钢件的生产也不例外。那么钢液中的气体从何而来呢?普遍认为，炉料本身及其表面上的锈和油污、熔炼用的铁合金和炉渣的组成物、耐火材料、空气、所用工具、铸型、铸型涂料等都可能是钢液中的气体来源。这些气体来源，使钢液中溶解了大量的氧、氢和氮。这些气体的溶解度在钢液凝固时突然降低，使超过固溶优良的气体从钢液中析出并可能在铸钢件中形成气孔。

1.气孔的种类和特征

气孔或大或小，类型不一，其产生的原因也不尽一样，通常按气体的来源不同可以把气孔分为三类，即侵入性气孔、析出性气孔和反应性气孔。侵入性气孔的气体来自于铸型，析出性气孔的气体来自于钢液，反应性气孔则是由钢液和铸型接处发生化学反应后生成的气体形成的。气孔的种类不同，在铸件上表现出的特征也有确定的差异。

1)侵入性气孔一般体积较大，多为圆形、椭圆形及梨形。呈梨形时，梨形优良即为气体侵入部位。在气体比较多的情况下也可能成为蜂窝状，这种气孔表面光滑，有光泽或有轻微氧化色。侵入性气孔多在铸件的上表面，靠近砂型和型芯的表面处，单个或局部出现，有时侵入的气泡也会随钢液流动或上浮，使气孔位置不定，所以也可能在铸件其他位置处发现气孔。

2)析出性气孔多为密集均匀的小圆球状或裂纹状多角形，有时为断续的裂纹形态或混合形，常常与缩松共存。在钢中气体较少时，析出性气孔呈裂纹状，在气体含量较高时，呈圆球状，析出性气孔常在铸件断面处大面积均匀分布，在冒口附近、铸件死角及之后凝固处居多。由于这种气孔是由钢液中析出的气体产生的，所以如果某一铸件出现这种气孔时，用同一炉或同一包钢液浇注的铸件，大多数也都会有这种气孔。

3)反应性气孔。钢液与铸型之间、钢液与渣之间或钢液中合金元素之间发生化学反应

产生的气体使铸件产生的气孔，统称为反应性气孔。钢液与铸型之间发生化学反应生成的气孔多位于铸件的表皮下，呈针状或蝌蚪状，直径的1~3mm，尺度1~10mm不等，垂直于铸件表面。反应性气孔表面光滑，一般呈白色或蓝黑色，也称针孔，在清砂后会有少数暴露出来，而大多数气孔在热处理后去氧化皮或机加工后才会暴露出来。钢液与渣之间反应生成的气孔，一个明显的特点是气孔和氧化性熔渣依附在一起，所以也把它称为渣气孔。钢液中合金元素之间反应生成的气孔，如碳氧反应气孔，在铸件上多为蜂窝状并且在邻近气泡的周围会有脱碳层。

2.侵入性气孔产生的原因与防止方法

钢液在浇注时，铸型被急剧地加热，型腔表面层会达到接近钢液的温度，砂型中的水分将速度适宜地蒸发，某些(以实际报告为主)物也会燃烧和挥发掉，这样就形成大量的气体。这些气体随着温度的升高和气体量的增加，其压力会猛烈地增大，其中一部分通过砂型逸出，而另一部分，在压力大于钢液表面层阻力时就会进入尚未凝固的铸件中，形成梨形的气孔。如果此气体进入铸件时，铸件尚处于液态，则该气体形成的气泡，就有可能随着钢液的流动而飘浮到铸件的其他位置，形成圆形气孔。如果钢液在铸型中凝固缓慢，气泡也有可能从钢液中逸出，此时铸件不会出现气孔。

从上面侵入性气孔的形成过程可以看出，侵入性气孔的产生是由于砂型中水分和某些(以实际报告为主)物的存在，因此尽量减少砂型中的水分，采用发气量小的粘结剂、涂料和减少其使用量来达到控制发气量的目的，在生产中使用透气性好的型(芯)砂，并注意春实适当。采用树脂砂时尽量不用含氮高的树脂，如高氮的呋喃树脂型砂，因为氮也能形成针孔。潮模(湿型)生产时，起模时要少刷水，以控制水分。干型和表干型要保护烘干质量，烘干后不要长时间停放(因烘干后的砂型会重新吸潮)，不应使用潮湿生锈的冷铁和芯撑。有冷铁的砂型应尽快浇注，在潮湿的雨季浇注前应适当烘烤铸型。此外在铸件表面上容易形成窝气的死角处设出气冒口，也是很好的办法。

在减少发气量的同时也要注意控制砂型的发气速度和时间，如果在铸件已凝固成一层硬壳并能抵御气体侵入时再发气，也就不会出现气孔了。

在浇注时应注意防止空气的机械裹入，保护浇包流出的液流笔直光滑，降低浇注高度(这样也会减少二次氧化)并使直浇道充满，同时应正确开设浇注系统以防止浇注时产生紊流而裹入空气。

从另一角度讲，为使侵入钢液中的气体能及时排出，可适当提高钢液的浇注温度，在提高钢液流动性的同时，可以延缓凝固时间，利于气泡排出。当然，在采用这一措施时要注意防止其他铸造缺陷的发生。

3.析出性气孔产生的原因和防止办法

析出性气孔的气体来源于钢液，钢液中气体的溶解度随着温度的升高而升高，随着温度的降低而降低，就是说温度高的钢液，吸收溶解的气体多，温度低时，钢液中溶解的气体就会重新析出来。在铸造生产的条件下，钢液凝固时析出的气体，常以分子状态的气泡形式从钢液中上浮排出。如析出气体在钢液凝固成一个坚实的外壳前不能上浮排出，就会滞留在铸件内形成析出气孔。如果由于枝晶分叉的阻碍这些气体不能上浮时，这些气体反而会阻碍钢液对枝晶间的补缩，这时气孔不再单独存在，而是与缩松共存，称为气缩孔。

由于气体源于钢液，所以凡是能减少钢液气体含量的方法都有利于防止析出性气孔的发生。生产中，常用防止析出性气孔的措施如下。对电弧炉炼钢要求炉料应干燥，无油污，少锈蚀。感应电炉要比电弧炉严格，较重要的钢种应吹砂处理，同时要有清渣操作防止吸气。真空炉的炉料有时要经抛丸、滚筒清理，大的限度地减少炉料表面的氧化皮和不洁物。电弧炉熔炼时，要注意充分利用氧化期除气和还原期脱氧。出钢口、浇包应充分干燥防止钢液吸气，控制浇注温度和缩短钢液与空气的接触时间，减少和避免钢液二次氧化，把气体含量降至较低，采用炉外真空除气、惰性气体保护浇注以及真空浇注等措施，都能减少析出性气孔在铸件上的发生。

4.反应性气孔产生的原因和防止方法

反应性气孔的气体来源于钢液与铸型接触后，发生化学反应产生气体。目前对气孔形成机理的认识还不统一，主要有氢气说、一氧化碳说、氮气泡说等。

防止析出性气孔的措施对防止反应性气孔都效果优良。同时，造型方面应减少铸型中的水分，增加砂型的排气效果。