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摘要：汽車鑄鐵件常用覆膜砂制作砂芯,，氣孔缺陷是常見的鑄造缺陷之一，主要表現(xiàn)為侵入性氣孔,、翹皮,、少肉、嗆火等,，形成的主要原因是覆膜砂砂芯發(fā)氣量大,，排氣不暢等原因?qū)е隆Ｍㄟ^對增壓器中間體鑄件氣孔缺陷的解決,，提出了覆膜砂生產(chǎn)汽車鑄鐵件防止氣孔缺陷需遵循“排,、減、溢”原則,，僅加強芯頭排氣對簡單砂芯鑄件有效,，而減少砂芯的實際發(fā)氣量、冒口溢流,、高溫澆注等是解決復雜砂芯鑄件氣孔缺陷的有效措施,。

關鍵詞：覆膜砂；氣孔類缺陷,；發(fā)氣量,；溢流

中圖分類號：TG255     文獻標識碼：A

汽車鑄鐵件的形狀復雜、尺寸精度高,，如增壓器殼體零件,，這類鑄件通常采用覆膜砂砂芯或組芯生產(chǎn)。覆膜砂砂芯具有尺寸精度高，生產(chǎn)效率高,、易潰散等優(yōu)點,，但覆膜砂砂芯發(fā)氣量大，容易產(chǎn)生氣孔缺陷,。氣孔通常包括侵入性氣孔,、翹皮、少肉,、嗆火等類型,，主要分布在鑄件的上表面或內(nèi)腔^[1]。氣孔存在會大大降低鑄件的力學性能,，此外,，氣孔存在會降低鑄件致密性^[2]。本文以筆者公司生產(chǎn)的汽車增壓器中間體氣孔改善為例,，從而提出了覆膜砂生產(chǎn)汽車復雜鑄件氣孔類缺陷的形成原因和有效性防止措施,。

1 氣孔類缺陷的形成及解決

1.1 氣孔缺陷

圖1為一種中間體鑄件的鑄造工藝示意圖，材質(zhì)為HT250,，圖中看出,，該工藝法蘭豎直放置，側面設置冒口進行補縮,，同時在鑄件上表面設計排氣溢流冒口,。圖2為鑄件的砂芯，采用組芯工藝,，由外殼芯和兩個內(nèi)腔砂芯組成,，內(nèi)腔砂芯采用高強度低發(fā)氣覆膜砂制作。表1統(tǒng)計生產(chǎn)結果表明,，氣孔為該鑄件的主要缺陷,，約占到料廢件總數(shù)的60%。鑄件氣孔缺陷如圖3所示,，圖3a為鑄件上表面分布的氣孔,，且能明顯看到鑄件表面質(zhì)量較差，圖3b為鑄件內(nèi)腔上表面的侵入性大氣孔,。

1.2 氣孔的形成原因

圖4是鑄件的砂芯組裝圖,，從圖2 中可以看出，水環(huán)芯尺寸較大,、結構復雜,，有兩處厚大部位，制芯時難以完全固化,，四個芯頭較細小,，無法做出砂芯排氣通道，在澆注充型過程中容易砂芯會發(fā)出大量的氣體,，分析認為充型完成后水環(huán)芯持續(xù)發(fā)氣,，在澆注過程中發(fā)生嗆火，使鐵液沸騰產(chǎn)生氧化膜和氣孔,，其次是工藝朝上鑄件表面形狀復雜,，壁厚不均，即使設計了溢流冒口,，但由于溢流冒口頸部細長,，排氣面積較小，氣體不能完全從冒口頸排出到溢流冒口中,，因此在鑄件的最上表面形成氣孔,、氧化夾雜物（按照雙層膜理論^[3]，由于鐵液在嗆火過程中大量氧化,，留在鑄件中形成氧化夾雜物）,。同時，澆注過程中砂芯發(fā)氣在鐵液中產(chǎn)生的氣泡往上表面移動,，停留在該處形成內(nèi)腔氣孔,。

1.3 氣孔的解決

根據(jù)圖4砂芯結構分析，水環(huán)芯與鑄件的大法蘭之間距離較近,，且大法蘭式平面且形狀簡單,，可以放置較大的補縮冒口和溢流冒口，改進后的工藝見圖5,，該工藝改進后鑄件復雜形狀部位的氣孔缺陷完全消除,，就是在法蘭的冒口根部時有大氣孔產(chǎn)生，但分散性的小氣孔明顯減少,。為了完全消除氣孔,，水環(huán)芯經(jīng)過200℃烘烤2h，另外,，澆注溫度與氣孔的關系相當密切,，提高澆注溫度可以有效增強氣體的溢出能力，因此澆注溫度由1380~1420℃提高至1420~1450℃,。生產(chǎn)后,，氣孔缺陷不良率為6.2%。結果表明,，通過改變工藝設計,、二次烘芯、提高澆注溫度等方法消除了氣孔缺陷,。

2       分析與討論

2.1 發(fā)氣量的影響

發(fā)氣量大是覆膜砂的特點,，覆膜砂的樹脂加入量3%左右,，比其他型砂的發(fā)氣量大很多，在生產(chǎn)復雜砂芯的鑄件時,，通常選用低發(fā)氣高強度覆膜砂,，嚴格控制覆膜砂的發(fā)氣量，目前高強度低發(fā)氣量覆膜砂發(fā)氣量可達13ml/g以下,，但在一些情況下,，即使采用低發(fā)氣量覆膜砂，氣孔問題也不能有效解決,，主要是砂芯的實際發(fā)氣量還與砂芯的重量,、大小、形狀有關,。減少砂芯的惡實際發(fā)氣量還與其他因素有關,，首先，如圖6所示,，砂芯芯頭掏空,，制作排氣通道，可以有效的減少發(fā)氣量,。但圖中可以看出,，砂芯下半部較大，中間較細小,，該部位在澆注過程中產(chǎn)生的氣體當無法有效排出,，就會形成氣孔缺陷，如圖7所示,，氣孔呈較大的球形,，分布在鑄件內(nèi)腔或淺表面。當砂芯的排氣或掏空無法有效制作時,，砂芯二次烘烤可以較大程度降低砂芯的實際發(fā)氣量,，如圖6所示，右邊的砂芯經(jīng)過200℃烘烤2h,，砂芯的顏色明顯深一些,，經(jīng)過批量生產(chǎn)驗證，氣孔缺陷從30%降到3%以下,。

2.2工藝的影響

有些中間體鑄件內(nèi)腔形狀復雜,，砂芯完全被鐵液包裹，而芯頭排氣能力十分有限,。在充型過程中,，砂芯大量發(fā)氣，可分為二個階段,，第一階段為充型初期鐵液還未完全覆蓋砂芯,，此時砂芯產(chǎn)生的氣體可以有效從型腔中排出,，第二階段為鐵液完全覆蓋砂芯，此時產(chǎn)生的氣體必須要通過鐵液溢出,，才能防止氣孔,，但如果此時鐵液開始凝固或表面產(chǎn)生較厚的氧化膜，氣孔無法有效溢出,，造成氣孔。從圖8看出,，該鑄件的砂芯較大,，芯頭非常細小，無法有效設置排氣通道,，當鑄件法蘭豎直放置時,，冒口設置在側面，此時鑄件的上表面微形狀復雜且壁厚不均的復雜形狀面,，且為零件的重點使用面,，即使設置溢流冒口，但冒口頸較細長,，氣體不可能有效溢出,，從而產(chǎn)生嚴重氣孔缺陷。但大法蘭形狀簡單且厚大,，如果法蘭水平放置,，在砂芯的正上方法蘭位置放置冒口，該冒口既是補縮冒口,，也是溢流冒口,，由于冒口的鐵液溫度高，不易凝固,，大量氣體仍可以有效溢出鑄件,，防止氣孔產(chǎn)生。因此,，對一些具有復雜砂芯的鑄件,，應該遵循壁厚較大，形狀簡單的部位朝上,，有利于設置冒口,，加強氣體的溢出。

2.3 鐵液溫度的影響

從根本上來說,，溢流冒口的合理設置可以使鐵液中的氣體能夠有效溢出,，但與鐵液的溫度又很大關系，鐵液流動性差和表面氧化膜能夠阻止氣體的溢出,，提高澆注溫度可以延緩鐵水表面氧化膜的生成和提高流動性,，對防止氣孔是非常有效的措施,。筆者發(fā)現(xiàn)，把澆注溫度由1380~1420℃提高至1420~1450℃,，可以保證在鑄件不產(chǎn)生收縮缺陷的前提下,，盡可能延緩氧化膜形成的時間，氣體能夠有效溢出,。因此在解決氣孔類缺陷時,，尤其是容易產(chǎn)生氣孔的鑄件，提高澆注溫度是較有效的方案,，是生產(chǎn)具有復雜覆膜砂砂芯汽車鑄件的必要條件之一,。

2.4 措施的有效性

氣孔的產(chǎn)生的原因是砂芯或砂型的氣體的釋放，最終氣體以氣泡的形式停留在鑄件內(nèi)形成氣孔缺陷,，往往表現(xiàn)為氣孔,、嗆火、局部凹陷,、翹皮等氣孔類缺陷,。如何有效解決氣孔是鑄造工作者經(jīng)常思考的問題，但往往解決方法比較片面,。根據(jù)氣孔形成的原因,，假設澆注過程中氣體能夠全部排出，自然不會產(chǎn)生氣孔,，因此提出了“排,、減、溢”的原則,。首先,，在澆注過程中氣體能沿砂芯中的排氣通道順利排出，則不會產(chǎn)生氣孔,，因此,，這種措施經(jīng)常采用，這是“排”的原則,。但是往往效果不好,，因為即使制作了排氣通道，產(chǎn)生的氣體也不可能全部及時排出,，這種方案無效,。其次，針對復雜砂芯,，尤其芯頭較小的砂芯,，無法設計排氣通道時，減少砂芯的總的發(fā)氣量體現(xiàn)了“減”的原則,，有兩種方式,，第一是控制型砂本身的發(fā)氣量,，通常采用低發(fā)氣量覆膜砂，這種方法在一定程度上減少氣體的產(chǎn)生,，但當砂芯較大,，即使型砂的發(fā)氣量較小，但砂芯實際發(fā)氣量同樣可以很大,，但往往容易被忽視,，一般工藝過程中為了保證制芯的效率，固化時間一般不可能很長,，砂芯的斷面一致性不好,，里面的砂固化不充分，所以對砂芯采用二次烘烤是較為有效的方法,，經(jīng)驗表明對砂芯進行180~220℃烘烤1~2h（烘烤后解剖砂芯斷面,，檢查斷面固化均勻性,，反復試驗可得到最佳烘烤參數(shù),。）可以有效降低砂芯的實際發(fā)氣量，可以有效解決氣孔問題,。最后,，當隊醫(yī)一些非常復雜的鑄件，上述“排,、減”原則都不能完全解決時,，充分利用“溢”的原則，即在砂芯的正上方的厚大部位或簡單部位設置補縮或溢流冒口,，同時提高澆注溫度可以有效提高氣體的溢出能力,，防止氣孔的產(chǎn)生。因此,，“排,、減、溢”的原則依次采用是解決氣孔的最有效方法,，是制定具體解決措施的依據(jù),。

3   結論

（1）復雜汽車鑄鐵件生產(chǎn)中出現(xiàn)的氣孔、嗆火,、局部凹陷,、翹皮等氣孔類缺陷是由于砂芯發(fā)氣導致的，解決措施要遵循“排,、減,、溢”原則。

（2）砂芯的制作中首先考慮砂芯的排氣通道,，但對于芯頭較細,，體積較大的復雜砂芯,，排氣無法有效做出，采用180~220℃二次烘烤1~2h減少砂芯實際發(fā)氣量是有效措施,。

（3）對砂芯已經(jīng)實施排氣和二次烘烤,，但氣孔仍未有效解決的，在砂芯的正上方設置補縮或溢流冒口,，使氣體效溢出鐵液,，防止氣孔產(chǎn)生。

（4）對于容易形成氣孔的鑄件,，壁厚不均勻,，形狀復雜的重要鑄件面不宜向上放置，而盡量使厚大部位或簡單面向上并適當設置冒口,，加強氣體的溢出,。

（5）在不引起其他鑄造缺陷的前提下，提高澆注溫度30~40℃可以顯著提高氣體的溢出能力,，防止氣孔的發(fā)生,。

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