PDF《论 “气缩孔”概念造成的误导》

212 对 气缩孔 案例进行讨论 图

2、图3是持 气缩孔 论者所列举的 气缩 孔 的案例〔 2〕 . 图2390 柴油机汽缸盖上靠 图3砂芯有裂纹时 排气孔上部的气缩孔情况 气缩孔的情况 其主要理由是 : (1) 气缩孔一定存在于热节区 , 并且靠近有气体来源的部位 , 例如砂芯 ;

(2) 气缩孔 特别容易出现在砂芯截面狭小、通气不良 , 又被热节 区高温液体金属包围的地方 ;

(3) 凡气缩孔都存在一 条输送气体的通道 , 从表皮一直延伸到热节中心. 案例在讨论 气缩孔 形成机理时认为 : 液体金 属内部由于存在的负压 , 有欲 请 气体进入液体内 部的趋势 ;

凝固收缩的金属液体内部产生较大真空 , 由真空产生的抽力作用于凝固壳上 , 有可能在热节部 位,凝固壳薄弱处打开一个缺口 , 将气体抽入液体内 部缩孔区形成气缩孔.案例还列举了用提高碳当量的 措施 (砂芯条件未变) , 成功地克服了一铸铁件的气 缩孔缺陷. 对于上述案例 , 笔者持不同观点 : 案例描述的缺 陷应属于缩孔缺陷或缩孔和缩松的混合体 , 理由如下 : (1) 狭长砂芯因模数小 (体积小、表面积大) 会 被迅速加热到较高的温度.又因其散热条件差 , 会影 ・

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7 ・ Dec.

2001 FOUNDRY Vol150 No112 ? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 响其附近金属液的冷却凝固速度 , 加大热节与铸件其 他部位的温差 , 这是形成缩孔的必然趋势 , 无论有无 气体侵入 , 都不会影响缩孔产生的可能性. (2) 狭长砂芯被高温金属液包围 , 会快速达到最 大发气量而对周围的金属液产生压力 , 但还不能确认 是否达到了产生侵入气孔的条件〔 3〕 : PA >

P静+P阻 + P腔 式中 PA ― ― ― 砂芯产生的气体作用于金属液表面的 压力 P静―――金属液的静压力 , 由金属液的高度和 密度决定 P阻―――气体进入金属液的阻力 , 由金属液的 粘度、表面张力、氧化膜等所决定 P腔―――型腔中气体压力 , P腔≥P大气压 即使其达到形成侵入气孔的条件 , 根据笔者的经 验,这种快速达到最大压力产生的侵入性气泡 , 因位 于金属液冷却缓慢的热节区 , 将会有一部分气泡上浮 至热节顶部 , 铸件表面会出现裸露气孔或皮下气泡. 从图

2 所示的靠近砂芯区域比较集中的散碎小孔的形 态看 , 不符合快速达到侵入压力进入热节区的气孔特 征,其形态更符合缩松的特征. 图3是在与图

2 相同条件下 , 砂芯有裂纹时产生 的形态 , 出现集中性较大孔洞.砂芯的裂纹会产生两 方面的影响 , 一是增加了砂芯的受热面积 , 受其影响 的热节区温度会随之有所提高 , 增加了缩孔形成的趋 势.另一方面影响是 , 砂芯裂纹使砂芯的排气截面积 缩小 , 气体对金属液的压力增大 , 产生侵入气孔的可 能性增大 , 一部分气体可能会进入热节区 , 但没有证 据说明气孔与缩孔有什么因果关系.前面已分析过 , 有无气体侵入都不影响缩孔形成的趋势 , 气泡可以独 立存在 , 也可能进入缩孔 , 因缩孔内处于负压状态 , 气泡进入缩孔平衡其负压是必然趋势.气泡内的压力 在进入缩孔时会迅速下降 , 将不再对金属液产生威 胁. 笔者认为图

3 中大孔洞的形态更具有缩孔的特 征,至于 有一个方向性尾巴 , 这是缩孔内剩余金 属液迁移补充到最后凝固部位的典型特征 , 无论有无 气体从这个方向进入都会出现这样的形态. (3) 案例认为液体金属内部存在负压 , 有欲 请 气孔进入液体内部的论点是与铸造基础理论不 符的.金属液体具有抵抗气体侵入的阻力 , PA = P静+P阻 + P腔(PA : 阻止气体进入的阻力) , 气体要克 服较大阻力才能进入金属液. 金属液凝固收缩 , 只有在形成缩孔、缩松的部位 才会产生真空.真空状态下的缩孔会 强行 吸入气 体,平衡孔内负压 , 此时气体的行为是 被动行为 , 这是 气缩孔 不符合气孔缺陷形成机理 , 混淆概念 的要害所在. (4) 案例提出克服 气缩孔 的工艺措施之一是 提高铸铁的碳当量 (其他条件没变的情况下) , 并成 功地解决了铸铁件的 气缩孔 缺陷.笔者认为 : 这 恰恰证明案例所认定的 气缩孔 缺陷与气体无关 , 因为提高碳当量 (铸铁的化学成分属亚共晶范围) 的 直接后果是使液态金属凝固结壳温度降低 (液相线温 度下降) , 因而会延迟铸件凝固结壳时间 , 这为气体 侵入金属液提供了更有利的条件.因此会增加所谓 气缩孔 产生的几率 , 这与案例所描述的用提高碳 当量克服 气缩孔 缺陷相矛盾.提高碳当量是消除 铸铁件缩孔、缩松的有效措施之一 , 所以案例描述的 应判定为缩孔类缺陷. 还有一些资料认为 : 侵入性气孔阻止了金属补缩 形成 气缩孔 , 笔者认为气体侵入金属形成的孔洞 已成事实 , 可以定论 , 至于气孔缺陷可能引发的种种 伴生现象已不是形成缺陷的主要原因 , 把缺陷形成的 原因和此缺陷形成时所伴随发生的现象混淆在一起 , 来判定缺陷的属性是不正确的.