低压铸造具有较多优点，在有色金属铸造中获得了较广泛的应用。大型球墨铸铁曲轴采用低压铸造工艺是确保其质量的最有效的方法。如果采用砂衬金属型低压铸造，充分发挥这两种工艺各自的优点，则可获得更好的质量。但需要有大型低压铸造设备、地坑等生产条件，且工艺操作过程较复杂，使其推广应用受到了很大限制。有关大型低压铸造的主要设备及工艺流程等的较详细论述，可参阅第2章中2.1.6的相关内容。......
2023-07-02
球墨铸铁曲轴生产中常见的皮下气孔问题
【摘要】：皮下气孔是球墨铸铁曲轴生产中最常见的缺陷之一。在铸态时，皮下气孔不易被发现，经热处理并去除氧化皮后或经机械加工后则会显露出来。其他方面，如球化处理后的除渣不够彻底；浇注系统设计不当，致使阻渣能力差，铁液在铸型内流动不够平稳，卷入空气等，都将促使产生皮下气孔。
皮下气孔是球墨铸铁曲轴生产中最常见的缺陷之一。采用湿砂造型、质量较轻而表面积较大的铸件，易产生皮下气孔。大型曲轴虽是干型，但由于浇注温度过低等原因，也会出现皮下气孔。
皮下气孔的基本特征是：通常产生在铸件上表面的表层内，距离表面的深度约为0.5～2mm，孔径多为1～3mm，内表面光滑，分布较均匀。在铸态时，皮下气孔不易被发现，经热处理并去除氧化皮后或经机械加工后则会显露出来。它影响铸件的表面质量和该部位的力学性能等。
一、产生皮下气孔的主要原因
1.铸型内水分过多
铁液经球化处理后，铁液中的镁及硫化镁与铸型内的水蒸气相遇时，会发生如下反应
Mg+H2O——→MgO+H2↑
MgS+H2O——→MgO+H2S↑
上述反应的结果，是生成了大量的氢、硫化氢、氧化镁气体和其他反应所生成的一氧化碳等。
球墨铸铁的凝固特性是有一个较长时间的“粥状”凝固期，铸件的表面凝固层较薄且强度较低。上述反应所生成的大量气体，一部分通过铸型排出型外，另一部分则通过铸件表面而进入表层下方。在铁液的充型过程中和刚充满铸型的初期，无论是从铁液内析出的气体或是从外部进入的气体，因受到铁液浮力的作用而要上浮至铸件表面。但因受到铸型界面压力和表层铁液温度很快下降的影响，阻碍了气体的上浮逸出，随着铸件表层的逐渐凝固而停留在表层下方形成皮下气孔。
除了铸型本身的水分以外，阴雨潮湿和金属炉料所吸附的水分与氢气等，都会促使产生皮下气孔。
2.含硫量高
原铁液中的含硫量越高，球化处理时生成的MgS量越多，它与铸型中的水相遇时产生的H2S气体量越大。
3.球化剂加入量多，残余镁量高
球化处理时加入的球化剂量过多，残余镁量就越高，与铸型中的水相遇时会生成大量的MgO和氢气。
4.浇注温度过低
如果浇注温度过低，则铸件的冷却速度加快，铁液中析出的气体来不及上浮逸出，会加剧产生皮下气孔。
其他方面，如球化处理后的除渣不够彻底；浇注系统设计不当，致使阻渣能力差，铁液在铸型内流动不够平稳，卷入空气等，都将促使产生皮下气孔。
二、防止产生皮下气孔的主要对策
为防止产生皮下气孔，可主要从两方面采取措施：一方面要尽量减少产生气体的来源，这是最基本的途径；另一方面要使铁液中的气体（铁液内析出的和外部侵入的）能尽快上浮逸出铁液表面，从铸型中排出。
1.严格控制型砂水分
尽量采用干型；严格控制湿型型砂中的水分，宜取4.5%～5.5%，以减少铁液与铸型界面反应所产生的气体量。
提高型砂的透气性，设置适当的排气孔等，使所产生的气体能迅速排到型外。
在湿型型砂中附加适量的还原性碳质添加物，在铁液与铸型界面上造成还原性气氛，以保护铁液表面不被氧化，减轻铁液与铸型界面的反应，从而减少产生的气体量。
2.尽量降低原铁液中的含硫量
降低原铁液中的含硫量，可减少球化处理时生成的MgS量，以及充型过程及铁液与铸型界面反应中生成的H2S气体量。应采取措施，使原铁液中硫的质量分数小于0.02%。
3.控制球化剂加入量
在能保证球化良好的前提下，尽量减少球化剂镁的加入量。小型曲轴的残余镁量一般为0.03%～0.04%。
4.适当提高浇注温度
要综合考虑浇注温度对铸造性能和力学性能等方面的影响。适当提高浇注温度，增加流动性，有利于铁液中的气体上浮并逸出型外，对防止产生皮下气孔的效果非常显著。曲轴的浇注温度一般为1320～1360℃。
5.避免铁液中含有铝
铝与水蒸气反应，会产生氢气。孕育剂硅铁中铝的质量分数应小于1.5%，使用前应充分预热，以减少带入的氢气量。
6.彻底除渣
球化处理后，须用除渣剂，如冰晶石粉、珍珠岩粉等反复扒渣3～4次，最后要覆盖冰晶石粉。在保证所需浇注温度和不出现球化衰退的前提下，应将铁液静置2～3min，尽量让铁液中的气体上浮逸出铁液表面。
在浇注系统的设计中，应设置集渣包、过滤网等，以提高除渣效能。
7.铁液平稳充型
合理设计浇注系统，避免在铁液充型过程中产生冲击、喷射、飞溅等，使其保持平稳的流动，更要避免卷入空气等。
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