淺談鑄鐵件中氣縮孔的檢驗和識別

張立軍，金婷

（寶雞法士特齒輪有限責任公司，陜西 寶雞 722409）

前言

鑄鐵鑄造行業內一直有將氣縮孔簡單地歸為縮孔缺陷的做法，筆者認為氣縮孔在形成機理和形態表現上與縮孔有本質區別，在實際工作中利用射線檢測及掃描電鏡進行區分和識別，并為克服缺陷的主攻方向提供依據。

1 縮孔的形成機理及射線檢測形貌

1.1 縮孔的形成機理

縮孔的形成原因主要是由于金屬液在冷卻過程中液態收縮和凝固收縮得不到補充，在鑄件最后凝固部位出現的孔洞。國內將容積大而集中的孔洞稱為縮孔，細小而分散的孔洞稱為縮松。

縮孔形成時也會有伴生現象，即封閉在鑄件內部的縮孔會處于一定的負壓狀態，如果縮孔與鑄件表面存在不致密缺陷，大氣會通過不致密被吸入。

1.2 縮孔的射線檢測形貌

美國材料協會的ASTM E446 將縮孔在射線檢測形貌上分為CA、CB、CC、CD 四個類別（如圖1、圖2、圖3、圖4）。在射線照片上能夠明確識別支晶的典型特征。

圖1 （CA）

圖2（CB）

圖3（CC）

圖4（CD）

2 氣縮孔的形成及鑒別

2.1 氣縮孔的發現（X-ray 檢測）

筆者在射線檢測公司QT600-3 球墨鑄鐵件時拍的如圖5形貌缺陷射線照片。該射線照片有別于氣孔或縮孔射線照片，缺陷內部中空，具有氣孔特征，但其形狀有別于氣孔，呈不規則形狀，缺陷邊緣地帶兼有支晶形貌，又有縮孔特征。

圖5 （氣縮孔）

2.2 氣縮孔的成因分析

氣縮孔與縮孔出現位置相同，都在鑄件的熱節區，并靠近有氣體來源部位如砂芯（圖6、圖7）。大多出現在砂芯截面小、排氣不暢，且被熱節高溫金屬液包裹的區域。在進行如圖5 所示缺陷成因分析時，對工件進行解剖后如圖6 所示，可見如下特征：（1）、缺陷位置在工件熱節區；（2）、缺陷靠近油道位置，可初步判斷缺陷形成與砂芯的排氣有關；（3）、缺陷體積較大，已經超過一般縮孔的體縮比（超過了30%）。初步判斷缺陷在高溫金屬液的包裹下處于高壓狀態，有使缺陷擴大的趨勢，而非負壓狀態。

圖6 （氣縮孔實物形貌）

圖7 （油道砂芯）

2.3 缺陷表面的SEM 分析

圖8

在進行缺陷表面的掃描電鏡分析（SEM）時，發現缺陷表面有富碳堆積的典型特征（如圖8、圖9、表1 所示），推斷富碳是砂芯內部有機氣體燃燒后的產物。再次驗證了缺陷是由于砂芯排氣不暢，導致氣體在熱節處聚集，是形成缺陷的主要原因。

圖9

表1 缺陷表面SEM 元素分析（已歸一化）

3 缺陷的克服

在對缺陷及其原因進行了初步分析之后，對工藝進行了優化：（1）采用高強度低發氣量的芯砂進行制芯；（2）改善砂芯的熟化，減少澆鑄過程的發氣量；（3）通過修復模具間隙、增強油道砂芯排氣通道。在進行了上述改進后進行試制，發現缺陷得到有效改善，缺陷已完全符合要求（ASTM E446二級射線檢測標準）。最后通過改進冒口增加冷鐵等措施最終使缺陷得以完全根除。由此可見氣縮孔的克服及預防主要精力應放在消除氣的來源上，防止在熱節處出現高壓氣體的堆積。這點不同于克服縮孔缺陷。

4 結束語

（1）氣縮孔在形成機理及射線檢測形貌、SEM 分析特征上與縮孔有明顯區別。

（2）氣縮孔在射線檢測形貌上兼具氣孔和縮孔的特征，但其體縮比較縮孔或氣孔要大得多，在射線檢測時呈較大缺陷（體縮比一般超過30%）。

（3）在缺陷表面的SEM 分析時，碳富集是氣縮孔的典型特征。

（4）在缺陷鑒別時，利用射線檢測和SEM 分析識別氣縮孔，可為預防和克服缺陷提供可靠依據，具有指導實踐的價值。