針孔是鋁合金鑄件中容易出現(xiàn)的且對鑄件品質(zhì)造成一定影響的一種鑄造缺陷，氫是造成針孔的主要原因，而氫的主要來源是水蒸氣分解所產(chǎn)生的。因此，鋁合金在熔煉過程中造成水蒸氣產(chǎn)生的原因，也就是直接影響針孔形成的主要因素。影響針孔形成的主要因素有以下5個(gè)方面：

　　1、 原材料、輔助材料的影響

　　在鋁合金熔煉澆注過程中，所使用的原材料、輔助材料、一些材料中的結(jié)晶水和鋁銹AL(OH)2分解會(huì)產(chǎn)生水分，造型材料中有多種有機(jī)和無機(jī)輔料帶有的水分，鑄型材料中的輔料、涂料等因?yàn)轭A(yù)熱不良含有的水分等等，在鋁合金熔煉澆注時(shí)，會(huì)因水蒸氣的分解而產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體都有可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔。涂料中粘結(jié)劑，雖然可以增加涂層厚度，但也相應(yīng)增大了發(fā)氣量。

　　2、 熔煉設(shè)備及工具的影響

　　不同熔煉設(shè)備熔化鋁合金時(shí)，鋁合金的吸氣量和形成氣孔的程度是不同的。新坩堝及有銹蝕、污物的舊坩堝，使用前應(yīng)吹砂或用其他方法清除干凈，并加熱至700℃-800℃，保溫2h-4 h，以去除坩堝所吸附的水分和其它化學(xué)物質(zhì)，否則會(huì)因含有水分而在熔煉澆注時(shí)產(chǎn)生水蒸氣而導(dǎo)致形成氣孔。新砌的爐子，通常也需要使用幾天或幾周的時(shí)間進(jìn)行烘爐干燥處理，否則耐火材料中含有的水分及化學(xué)結(jié)合的氫就無法釋放而導(dǎo)致熔煉時(shí)形成氣孔。

　　熔煉用的工具如澆包、除氣用的鐘罩等，使用前應(yīng)將表面殘余的金屬、氧化皮等污物清除干凈;鋁鎂合金使用的工具，使用前則要求放在光鹵石等熔劑中洗滌干凈。然后涂上防護(hù)涂料并進(jìn)行預(yù)熱烘干。如果預(yù)熱不良，表面吸咐的水分，會(huì)在熔煉澆注過程因加熱形成水蒸氣而產(chǎn)生大量的氣體，導(dǎo)致鑄件針孔的形成。

　　3、氣候的影響

　　一般情況下，周圍空氣中的氫氣含量并不多，但空氣中如果相對濕度大，則會(huì)增加合金液中氣體的溶解度，形成季節(jié)性氣孔，如在雨季，由于空氣濕度大，鋁合金熔煉時(shí)針孔產(chǎn)生的現(xiàn)象就嚴(yán)重些。當(dāng)然，空氣濕度大時(shí)，鋁合金錠 、熔煉設(shè)備、工具等也會(huì)因空氣潮濕而增加表面水分的吸附量，因此更應(yīng)注意采取有力預(yù)熱烘干防護(hù)措施，以減少氣孔的產(chǎn)生。

　　4、 熔化操作的影響

　　鋁合金熔煉時(shí)，由于氫氣溶解到鋁液中需要一個(gè)過程，因此加強(qiáng)熔煉過程的控制，對控制鋁合金吸氣量是大有文章可做的。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鋁液吸氫是在表面進(jìn)行的，它不僅與鋁液表面的分壓有關(guān)，還與合金熔煉溫度、熔煉時(shí)間等有較大的關(guān)系。合金熔化溫度越高，熔化時(shí)間和熔化后鋁液保持時(shí)間越長，氫在鋁液中擴(kuò)散就越充分，鋁液吸氫量就越大，出現(xiàn)針孔的幾率就越大。有人曾做試驗(yàn)，鋁液存放時(shí)間越長，鋁合金內(nèi)含氣量近似成比例增加。因此，我們在大量生產(chǎn)條件下，為了減少鋁合金熔煉時(shí)吸收氫氣，一定要嚴(yán)格執(zhí)行鋁合金熔煉工藝規(guī)程，一般鋁合金熔化后保持時(shí)間不能超過3h-5h，鋁合金熔化溫度也不能過高，一般控制在760℃以下，最高初始熔煉溫度不應(yīng)超過920℃。

　　5、 砂型鑄造鑄型的影響

　　鑄型含水量高，鋁合金中含氫量就越高。有人用同爐合金澆入不同含水量的鑄型，經(jīng)測定合金中氫氣含量有很大區(qū)別③：鑄型含水量為5%時(shí)，鑄型中含氫量為1.5ml/100g;鑄型含水量為6%時(shí)，鑄型中含氫量為2.5ml/100g;鑄型含水量為8%時(shí)，鑄型中含氫量為3.0ml/100g。因此砂型鑄造鋁合金時(shí)，最好采用干燥或表面干燥型，如用濕型，含水量應(yīng)控制在6%以下。這是因?yàn)闈裥丸T造時(shí)，由于水分的汽化溫度低，當(dāng)加熱到鋁液熔化溫度時(shí)，砂型中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，隨著壓力增大，體積發(fā)生膨脹，壓力大的氣體就會(huì)進(jìn)入型腔或型腔中的鋁液，導(dǎo)致侵入性氣孔的形成。

　　6、金屬型鑄造型腔的影響

　　由于金屬型鑄造沒有退讓性和無透氣性等特點(diǎn)，金屬型在充填和澆注過程中，型 腔內(nèi)的氣體一方面隨著鋁液金屬的充填被壓縮;另一方面又被迅速強(qiáng)烈加熱，引起壓力升高，結(jié)果造成充型反壓力，阻礙鋁液金屬充填型腔，當(dāng)壓力超過一定極限時(shí)，氣體就可能沖破金屬液流束的表層，通過內(nèi)澆口向外逸出，破壞金屬液連續(xù)流動(dòng)，并造成強(qiáng)烈氧化，在氣體穿越金屬液時(shí)，如果受到初晶或凝固層的阻擋，便會(huì)留在金屬液中形成氣孔。當(dāng)帶有砂型的金屬型鑄造時(shí)，液體金屬在充填過程中，砂型受到粘結(jié)劑分解以及涂料未烘干或金屬型預(yù)熱不充分的影響，都會(huì)增加型腔內(nèi)的氣體量，當(dāng)型腔內(nèi)的氣體不能充分排出時(shí)，氣體便滯留于鑄件形成氣孔，而部分殘留氣體則富集于鑄型壁與金屬液之間形成“氣阻”，這些氣阻則使鑄件出現(xiàn)澆不足或冷隔缺陷。

　　預(yù)防鋁合金鑄件針孔形成的主要措施

　　由以上分析可知，鋁合金鑄件容易產(chǎn)生針孔缺陷。它與鋁合金本身特性有關(guān)系，也與一系列的外界因素有關(guān)。為了避免或減少鋁合金在熔煉時(shí)產(chǎn)生針孔，保證鋁合金鑄件具有優(yōu)良品質(zhì)，可針對性地采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施予以預(yù)防。

　　1、認(rèn)真做好熔煉澆注時(shí)的準(zhǔn)備工作

　　(1) 嚴(yán)格按工藝規(guī)程要求，正確處理好爐料。爐料使用前應(yīng)用吹砂或其它方法去除爐料表面的銹跡、泥沙等污物，并進(jìn)行爐料預(yù)熱，預(yù)熱溫度：350℃-450℃，保持3h以上，嚴(yán)防帶入水分和油污等。按QJ169-75要求的I類鑄件，只允許使用一級回爐料，Ⅱ、Ⅲ類鑄件允許使用二級回爐料，但Ⅱ類鑄件回爐料的總量不允許超過70%，三級回爐料不允許用于基本產(chǎn)品的生產(chǎn)。

　　(2)坩堝、錠模、熔煉工具，使用前應(yīng)將表面油污、臟物等清除干凈。并預(yù)熱至120℃-250℃，涂以防護(hù)涂料。

　　(3) 新坩堝、新砌爐子、有銹蝕的舊坩堝，使用前應(yīng)用吹砂其他方法將表面清除干凈，并進(jìn)行烘爐處理。一般應(yīng)加熱至700℃-800℃，保溫2h-4h，以去除坩堝所吸附的水分及其它化學(xué)物質(zhì)。

　　(4) 已經(jīng)涂料的坩堝 、錠模、熔煉工具使用前，均須預(yù)熱，坩堝應(yīng)預(yù)熱至暗紅色(500℃-600℃);熔煉工具應(yīng)預(yù)熱至200℃-400℃，保持2h以上(除使用感應(yīng)爐熔煉合金時(shí)，坩堝可不預(yù)熱外。)

　　2、嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程，力求做到快速熔煉

　　鋁合金在熔煉時(shí)，要力求做到快速熔煉，縮短高溫下停留的時(shí)間。Al-Mg合金和其它鋁合金熔化后保持時(shí)間過長時(shí)，需要用熔劑覆蓋鋁合金液面，以防止鋁合金吸氣，一旦在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常，要及時(shí)與現(xiàn)場技術(shù)人員取得聯(lián)系，采取果斷措施予以處理。根據(jù)QJ1182-87標(biāo)準(zhǔn)，每一爐合金從開始熔化到澆注完畢的時(shí)間，砂型鑄造不得超過4h;金屬型鑄造不得超過6h;壓鑄不得超過8h;合金最高溫度一般不超過760℃，坩堝底部涂料厚度不得小于60mm。

　　3、 加強(qiáng)潮濕季節(jié)預(yù)防措施

　　在雨季或空氣潮濕時(shí)節(jié)時(shí)進(jìn)行鋁合金鑄造，我們更應(yīng)加注意采取預(yù)防去氣防護(hù)措施，對熔煉用具、錠模、坩堝、爐料等都要嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行預(yù)熱處理，以防帶入過多的水分和油污等，引起各類針孔的產(chǎn)生。

　　4、精煉去氣，去除鋁合金中的氣體

　　一般情況下，所謂“去氣”(又叫“除氣”)就是去除合金中的氣體，“精煉”就是指去除合金中的夾雜物。因鋁合金熔煉時(shí)，除氣和精煉兩個(gè)工序多合并在一起進(jìn)行，故在生產(chǎn)實(shí)踐中習(xí)慣將這兩個(gè)工序稱為精煉。由于鋁合金中的氣體主要是氫氣，去氣也就是主要去除氫氣。目前去氣的主要辦法是在鋁合金中通過精煉除氣劑制造大量的氣體(氣泡中的氣體可能是鋁液內(nèi)部經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，也可能性是經(jīng)由部分精煉除氣劑加入直接帶入的)，利用分壓原理，讓溶解于鋁液中的氫原子向氣泡擴(kuò)散(此時(shí)氣泡的分壓為零)，由于氣泡比重輕，當(dāng)氣泡上浮到鋁液表面時(shí)，氣泡破裂，氫氣逸入大氣之中，最終達(dá)到去除氫氣的目的。

　　目前，為了消除鋁合金鑄件針孔，最常用的辦法是在熔化過程中用氯鹽和氯化物除氣，用氯氣、氮?dú)獬龤猓谜婵粘龤?，用超聲波除氣，過濾除氣等方法。，常用精煉除氣劑的用途見表5。采用氯鹽和氯化物除氣劑除氣時(shí)，要用鐘罩將除氣劑壓入坩堝底部100mm，沿坩堝直徑1/3處(距坩堝內(nèi)壁)的圓周勻速移動(dòng)。為了不使鋁液大量噴濺，除氣劑可分批加入，除氣結(jié)束除渣，并按表6規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行靜置。

　　5、增加氣體在合金中的溶解度

　　采用快速或高壓下凝固的方法，提高氣體在鋁合金中的溶解度，促進(jìn)氣體來不及或不能析出，從而達(dá)到消除針孔的目的。具體方法限于篇幅，在此不做過多闡述。

　　6、采用工藝方法進(jìn)行除氣

　　通常情況下，砂型鑄造也可以采用靜置、多扎出氣孔和加大冒口等方法進(jìn)行去氣。這里僅以金屬型鑄造去氣預(yù)防措施為例做一簡易介紹。由于金屬型鑄造具有無透氣性特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)金屬型時(shí)就必須有排氣預(yù)防措施，其生產(chǎn)中常用的排氣方式有：

　　(1)利用分型面或型腔零件的組合面的間隙進(jìn)行排氣：因?yàn)榻饘傩土慵诮M合時(shí)，總會(huì)有間隙，一般分型間隙在0.08mm-0.15mm之間，活動(dòng)零件間隙在0.1mm-0.2mm之間，利用這些間隙可用來排氣，但不允許為了排氣而過分?jǐn)U大間隙，造成金屬液阻塞，從而使鑄件上毛刺增加，降低鑄件尺寸精度。

　　(2)開排氣槽：即在分型面或型腔零件的組合面上，芯座與頂桿表面上做排氣槽，這樣既能排氣，又能蓄氣，阻止液體金屬流入，故在金屬型鑄造和金屬型低壓鑄造時(shí)被廣泛采用。

　　(3)設(shè)排氣孔：排氣孔一般開設(shè)在金屬型的最高處，或金屬型內(nèi)可能產(chǎn)生“氣阻”的地方。

　　(4)設(shè)計(jì)排氣塞：排氣塞是金屬型常用的排氣設(shè)施。在一平面上需要設(shè)制數(shù)個(gè)排氣塞時(shí)，可用一個(gè)排氣環(huán)來代替，將它設(shè)計(jì)在型腔的“氣阻”處，或型腔的大平面上，以便排氣暢通。如在鑄件肥厚部分設(shè)計(jì)排氣塞，排氣塞可用導(dǎo)熱性好的銅制作，同時(shí)還可以起到加強(qiáng)鑄件冷卻的作用。排氣塞安裝的位置和數(shù)量，常在金屬型修正時(shí)確定。在金屬型小批量生產(chǎn)時(shí)，為簡化排氣塞的制作，常在需要設(shè)置排氣塞的地方，鉆ф5-10毫米的小孔，孔內(nèi)塞以水玻璃砂，也可以起到排氣塞的作用。

　　預(yù)防鋁合金鑄件氣孔形成應(yīng)遵循的工藝原則

　　以上分析了鋁合金鑄件氣孔形成的主要因素，并針對性地論述了一系列相應(yīng)的預(yù)防措施，目的就是要在鑄件中防止生成氣孔和夾雜，獲得優(yōu)良品質(zhì)的鑄件。從鑄造工藝角度綜合分析，預(yù)防氣孔的生成，消除氣孔和氧化夾雜，我們可以用“防”、“排”、“溶”三字工藝原則來概括。

　　“防”：就是要防止水分及各種污物進(jìn)入坩堝或熔爐中。

　　“排”：就是要排除鋁液中的氧化夾雜和氫氣，因?yàn)橹挥杏行コ龖腋≡阡X液中的彌散狀dkl_rtg的夾雜物(主要是Al2O3)，才能防止鋁液增氫，消除去氫障礙，從而獲得純凈的鋁液，澆出合格的鑄件。“渣既盡，氣必除”說的就是這個(gè)意思。

　　“溶”：就是要使鋁液中的氫在凝固時(shí)能部分地或者全部地固溶在合金組織中，不致在鑄件中形成氣孔。

　　因此，在鋁合金熔煉安排和選擇“防”、“排”、“溶”三套工藝措施時(shí)，我們必須遵循“以防為主，以排為輔”的工藝原則，但最佳的熔煉或重熔方法，著眼點(diǎn)應(yīng)仍放在“防”字上。

　　當(dāng)然，鋁合金熔煉或重熔時(shí)，貫徹“以防為主，以排隊(duì)為輔”的原則，正確實(shí)施“防”、“排”、“溶”三套工藝措施，還必須具有過硬的熔煉操作基本功，熔煉操作基本功包括：精煉設(shè)備、熔爐煉工具的準(zhǔn)備和處理，溶劑、變質(zhì)劑的預(yù)制，精煉、變質(zhì)除渣的技巧，攪拌操作的技巧和合理澆注等等，我們只有具備了過硬的操作基本功，才能真正有效地預(yù)防鋁合金鑄件氣孔的形成。