压铸件常见问题——气孔

导语：随着社会的发展，压铸产品的需求越来越大，要求也随之增高，如何减少或避免铸件中的缺陷，尤其是气孔，成为重中之重。本文从理论出发，并结合全锌网为客户解决过的实例，对气孔产生的原因进行分析，并提出改进措施。

一、定义

金属液在凝固过程中，陷入其中的气体在铸件中形成的圆形、椭圆形、腰圆形或梨形的空洞称之为气孔。生产中气孔的别名有气眼、空气孔、砂孔、针孔等。

二、表现形式

气孔可以出现在铸件的不同部位，而合金压铸出来的毛坯一般分为三层结构（如下图所示）

合金的分层结构

第一层为表皮层，该层为压铸出来的结壳块，一般不是很光亮，需要把该层抛光掉才能看到光泽。

第二层为致密层，该层晶粒比较密集，一般不太容易出现气孔，厚度受压铸工艺的影响。 第三层为内部层，该层晶粒比较疏松，有较多的气孔出现，一般情况下难以避免。

不同部位出现的气孔表现形式如下：

1）表面气孔：多个或成簇的小孔或小凹陷坑，分布于铸件表面。

2）皮下气孔：存在于致密层中的少量气孔呈不规则分布。

3）内部气孔：在铸件内部，特别是在壁厚部位。

表面气孔     

内部气孔

皮下气孔

薄壁铸件主要表现为表面气孔，厚壁铸件主要表现为内部气孔和皮下气孔，随深度增加而增加，严重的伴随有疏松。 气孔对压铸件的机械性能有较大影响。

三、表现特征

气孔的孔壁是平滑的，而缩孔是铸件在冷却过程中内部补偿不足而造成的孔穴，孔壁不光滑，形状不规则。 气孔缩孔如下图所示：

缩孔

气孔

气孔的孔壁颜色有的是发暗的，呈现出被氧化的颜色，一般情况下是水蒸气；有的是发亮的，呈现出金属本色，一般情况下是空气。

四、危害性

气孔是一种常见的、多发性的缺陷。一般情况下，由于气孔而使铸件报废的数量占铸件废品率的25%-80%。因此，预防和消除气孔缺陷是保证铸件质量的重要内容之一。

气孔有以下危害：

1）气孔孔洞减少了铸件有效的承载面积和造成应力集中而降低了铸件的力学性能，主要是塑性、韧性和抗疲劳性能。难以发现的内部气孔则会是产品工作时突然失效的严重隐患。

2）气孔严重损害了产品的表面质量而使产品报废。

3）气孔使需要承受流体工作压力产品的气密性降低，易发生渗漏。

4）气孔会祸及后续工序，比如电镀、喷涂等。

气孔影响表面质量

内部气孔引起开裂

气孔引起电镀气泡

五、气孔产生的原因分析

1、金属液内部的气体

铝合金中的气体主要是氢气，熔炼过程中，铝液会与水汽反应产生氢气，炉料的潮湿、锈蚀、油污，气候不干燥，坩埚、熔炼工具未烘干都会带有一定量的水，在某一温度下，很少量的水汽就能与铝液发生反应，因此总会有氢气产生。另外金属液成分不当，也会使金属液中含有气体。

氢气在铝液中有二种存在方式，第一种为原子状态溶解在铝液中占大部分。第二种为分子气泡形式吸附于夹杂物的表面和缝隙中。一定压力下，氢气的溶解度随温度的增高而增大，在金属结晶过程中温度降低溶解度降低，来不及排出的气体形成气孔。

2、填充过程产生气体

慢压射速度太高，使合金在导入内浇口之前就已卷入气体。相同的慢压射速度在不同的压室充满度下会卷入不同量的气体，选择合适的充满度，减少气体的卷入。

慢压射卷气

合金液导入方向不合理或填充速度过快，正面冲击型壁并向各个方向扩展产生飞溅和涡流卷入气体，尤其在拐角处。

型腔卷气

3、脱模剂的影响

脱模剂的性能不好，成份不当与金属液发生反应产生气体，挥发点太高，发气量大。

脱模剂使用量过多，喷涂时间过长及不均匀使模具表面温度过低，模具表面的水汽一时无法蒸发，合模后产生大量气体。

六、改进措施

1）合金的熔炼

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，质量差的回炉料不宜大量使用。金属原材料、精炼剂、搅拌勺等在使用前都应烘干，而坩埚则应预热至暗红色才能加入熔料。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，低温的烘烤只能去除部分凝聚水，高温烘烤才能比较容易去除结晶水。

在保证化学成份符合要求的情况下，尽量避免炉温过高和保温时间过长，温度越高吸气量越大，并严格执行精炼工艺。除去铝合金中的氢气可通过搅拌的方式，并通入活性气体，比如氯气，可以与氢气反应生成不溶性气体氯化氢；也可通入惰性气体，达到去除氢气的目的。

                   

铝合金除气

2）浇注和排溢系统

在浇注系统中，对产生气孔影响较大的是内浇口。在设计时应注意以下几点：金属液从铸件厚壁处填充；金属液进入型腔后不能立刻封闭分型面和排溢系统；尽量减少金属液对内浇口对面型壁和型芯的冲击；尽可能采用单个内浇口，以避免金属液相互冲击，形成涡流和飞溅；采用厚度适中的内浇口厚度，以保证合金液的流速和流量；加大浇道截面积，改善浇道的导流方向。

根据金属液的流动状态分析，在合适部位开设溢流槽，并与排气槽相结合，不但可以将气体和冷料金属排出型腔，还能控制金属液的填充流态，减少或防止涡流形成。

3）脱模剂

选用挥发性低的脱模剂不使用过量并保证喷涂的均匀。降低脱模剂的浓度，以降低发气量。

七、案例

案例1

产品描述：该产品表面有质量要求，壁厚分别为5mm和15mm，从5mm厚处进料，浇口厚为0.8mm，压铸毛坯出来没有问题，侧面抛光后出现气孔。

侧面

 

整模产品

客户自己的尝试

分析1：可能是由于局部抛光太深而暴露出内部。

方案1：控制抛光厚度。

发现气孔还是存在说明不是抛光问题。

分析2：浇口太薄导致合金液速度过快产生飞溅和涡流，卷入了气体。合金液的流量不足，还未将气体排出之前就已堵住了排溢系统，导致气体残留。

方案2：将内浇口增厚到1mm，减少速度，增大流量。打产品后发现还有气孔。

分析3：考虑到继续增厚内浇口，肯定会出现缩孔问题。产品没打好也可能是速度不够引起。

方案3：把内浇口厚度缩小到0.5mm。继续打产品后发现还是有气孔。

建议：

分析4：增大内浇口厚度，针对后面出现的问题，另找解决方案。

方案4：增大内浇口厚度到1.3mm。气孔问题解决，但内浇口处的确出现缩孔。

分析5：内浇口是壁厚变化比较大的区域，厚度大时，在过高的温度下凝固，由于冷却顺序的先后，会产生缩孔。

方案5：分流锥处通冷却水并加长流道长度，以降低合金液通过内浇口的温度。问题得到解决！

案例2：

下图为某一铝合金燃油泵泵盖，最大尺寸为38mm，最小壁厚1.5mm，用125T机压，压室直径为40mm，压铸件经过精加工后表面有气泡。

分析1：可能是由于流道设计不合理，冲击型芯，填充速度过块，造成气体被卷入金属液中难以被排出型腔。检查后发现合金液的导入方向的确不合理，直冲型芯。

方案1：改变合金液的导入方向，改为顺着产品壁的方向进料。实施方案1后，气孔有所改善，但还达不到产品要求。

分析2：可能是由于压室直径太大导致充满度太低，慢压射速度太高合金液进入型腔以前就已卷入气体。取整模产品，称其重量并计算发现，充满度不足30%。

方案2：将原来40mm的压室直径改为30mm，可将压室充满度提高到57%。下图为不同压射速度下铸件的含气量。也可以修改模具将一出二改为一出四，以便增加所浇注的合金液量。

改变前40mm压射直径（上）改变后30mm压室直径（下）