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铝合金铸件中的氢气怎么去除?

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    铸件形成中气孔的主要原因是合金中含有过量的H2,氢含量占所含气体总含量的80%~90% ,其余是N2 、O2 CO等,而H2则来源于大气及各种金属原材料、熔剂和涂料中的水分受热分解,在高温条件下发生H2O= 2H + + O2 - 反应,这是一个可逆反应。分解出来的氧又容易与金属液生成熔点较高的Al2O3 ,反应方程式为:2Al3 + + 3O2 - = Al2O3 ,这样就促进了水蒸气的高温分解,氢离子便不断向合金液中扩散。

    氢以两种方式存在于铝液中:第一种是分解为原子状态溶解在铝液中,称为溶解型,约占90%;第二种氢则以分子状态气泡形式吸附于夹杂物的表面或缝隙中,称为吸附型。由于氢在铝合金液中的溶解度是随温度上升而增大的,所以在熔炼过程中合金液将吸入大量的H2 。而在结晶凝固的过程中,由于温度降低,合金液表层首先凝固且合金的粘度增大,虽然氢的溶解度降低需从金属液中析出,但是已经很困难了,这样滞留在合金液中便形成了气孔缺陷。熔化、保温时间越长,氢含量越高。

    氢在合金液中的溶解度除与温度成正比外,还与压力及空气的湿度即氢分压成正比。

    合金元素及其含量对溶解度也有一定的影响,硅、铜含量增加则氢的溶解度降低,镁含量增加则氢的溶解度增加。合金成分不同,合金液中氢的临界含量也不同,ZL104 铝合金为亚共晶型铝硅合金时吸氢量最大。

    防止铝合金铸件气孔缺陷的措施

    要防止铝合金压铸件气孔缺陷的产生,就要采取有效措施尽量减少原材料的水分,强化熔炼质量管理,合理选择铸造工艺,提高铸型的排气能力。具体有以下几个方面:

    1、所有原材料及熔炼用工具都要仔细清除表面的锈迹、油污及熔渣等,中间合金和回炉料的质量也要控制好,质量差的回炉料如碎金属屑、浇冒口不宜大量使用。金属原材料、变质剂、精炼剂、浇包和搅拌勺等在使用前都应烘干,而坩埚则应预热至暗红色方可加入熔料。通常在金属表面除了凝聚水外,还有与金属氧化膜作用形成的结晶水,在200~300℃低温烘烤只能去除部分凝聚水和溶解水,只有在500 ℃ 以上才能较容易除去大部分结晶水。

    2、操作中应尽量缩短熔炼时间,减少合金的吸气量。熔炼温度不宜过高,温度越高,吸气量越大,一般不超过800℃,熔炼过程要有测温装置控制。另外,还要控制变质时间,变质时间越长,变质温度越高,氧化与吸气越严重。由于铝合金液面的氧化膜有保护作用,可以防止金属液直接与大气中的水分反应。在熔炼、浇注过程中要尽量避免破坏液面的氧化膜,精炼、变质时搅拌勺在液面下平稳搅动,特别是精炼操作要细心,精炼工序是防止气孔重要的一环。金属液浇注时应平稳,速度均匀,浇包和铸型之间保持最小的垂直距离。

    3、 控制模具的透气性。砂型的透气性过高容易使金属液渗入砂粒间而形成机械粘砂,或铸件表面粗糙度大、尺寸超差等缺陷;透气性过低则形成气孔缺陷的倾向大。一般砂型面砂的透气性宜较小,表面硬度较低;而背砂的透气性应偏高些,同时硬度也应高些,以便搬运,有利于保证铸型的整体透气性。在不塌箱的前提下,型砂透气性一般为80~100 。另外,还要严格控制砂型中的水分含量,一般控制在4%~5% 。砂型水分含量过高,气孔缺陷加剧。型腔修补时,刷水不能太多。浇注场地不宜撒水,保持空气干燥是一个不能忽视的问题。

    4、在砂型的上型及下型应扎通气孔,以增大在浇注过程中气体的排放。气孔的顶端与型壁应有一定的距离,一般为4~6mm,距离太大不利于排气。大型铸件的下型排气更为重要,除扎出气孔外,还可将铸型用砂垫高。同样,型砂也要保持干净,回用砂及原砂中的杂质要及时清理。

    5、 增强砂芯的排气能力。大型复杂铝合金铸件免不了要放砂芯,由于砂芯中的粘结剂在高温浇注时会产生一定量的气体,要设法排放。通常的方法是在砂芯中设置排气道、埋放蜡线、扎气孔等,体积较大的砂芯可填放炉渣或焦炭块,这些措施都非常有效。另外,在砂芯的芯头处应配有气孔排气,如果砂芯的芯头与砂型的间隙较大,可用石棉绳阻拦金属液,防止金属液堵住排气孔。大型复杂铝铸件在浇注时还应在排气系统出口处点火“引气”,以减少排出的压力,有助于气体的排放。砂芯中粘结剂及添加剂的用量应合理。粘结剂的发气量一般很大,在保证砂芯使用性能的前提下应尽量减少加入量。对于桐油砂芯,桐油加入量一般为2% ~3%。为提高砂芯的湿强度和表面硬度,加入糊精的量一般为1%~2% ,糊精的发气量很大,因此加入量要严格控制。此外,砂芯在使用前应长时间烘烤,待冷却后方可放入铸型。

    6、增强冷铁排气。为形成顺序凝固,有些铸件会放置冷铁以提高冷凝速度,而冷铁的排气性较差。为改善冷铁的排气性,可在冷铁上开通气槽并涂上耐火涂料。

    铝合金铸件的气孔缺陷控制是一个复杂的问题,需要从多方面入手,除操作者要严格、精心操作外,工艺措施要得当,并加强管理,强化工艺过程中的质量检查,缺陷是能够避免的。

    来源:铸造吧

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