对于电机铸件的气孔原理及消声方式探讨

对于电机铸件的气孔原理及消声方式探讨1造型采用目前电机行业普遍采用的首批生产的铸件经机加工后，发现内壁处存在大量的小气孔，孔内壁较光洁，有些地方还呈蜂窝状，即发生了大家常说的皮下气孔，术语称为反应性气孔。电机铸件出现这种气孔就报废，废品率高达30%40%，造成很大的经济损失。2反应性气孔的形态特征反应性气孔是铸铁件较为常见的一种缺陷，是指金属液与铸型之间或在金属液内部发生了化学反应所产生的气孔。其中第一类反应性气孔是金属液铸型间的反应性气孔。通常分布在铸件表皮下13mm处，有时只在一层氧化皮下面，表面经过机加工或清理后，才暴露出来。该类气孔或呈球形或呈犁形，孔径约为13mm；有的呈细长形，长度可达710mm，大多垂直于铸件表面。3反应性气孔的形成机理关于反应性气孔的形成机理，国内外对此进行了许多研究，但到目前为止仍是众说纷纭，尚未形成统一的认识。主要观点有氢气说（H2O核心氢气泡），氮气说和一氧化碳说（CO核心H2、N2气泡）等等。对此，笔者对各学派学说进行了综合分析比较，并结合我国铸造行业及电机行业铸件生产的具体实践和特点，在此论述一下反应性气孔的形成机理，为进一步提出有效防止措施提供依据。3.1金属液铸型界面气相反应3.2金属液内部铁渣反应及元素间的化学反应高温金属液中，富集的碳（优先析出的石墨）与溶渣内含有的自由FeO将发生反应，产生CO气体。这种CO气体，难以排除，便形成了反应性气孔：FeO+C+CO%（10）另外，铁液中各元素之间也会发生反应，当铁液氧化严重时，溶解的氧与铁液中的碳相遇会发生反应，与溶解的氢相遇将发生反应，产生CO和H2O气泡并沸腾，形成反应性气孔。3.3反应性气孔的形成原因经上述分析可知，反应性气孔中的气体的主要成分为H2、CO和CO2。其形成的原因比较复杂，在此，笔者结合生产实际，认为形成原因主要有以下几点。（1）铁液浇注温度低浇注温度低，则铁液凝固快，反应所形成的气体还未来得及逸出，便已凝固其中形成气孔。另外，从流体力学的角度看，高温金属液接近液体，粘度小，传递压力能力强。而低温铁液实际上是属于半流体，粘度大，传递压力能力低，即使压头很大，但实际金属液中压力并不大，使得气体容易侵入，而不易上浮排出。还有一点，铁液浇注温度低，则铁液中溶渣不易上浮和排除，导致浇入铸型的铁液溶渣较多。（2）铸型水分含量高和透气性低水分含量高，则H2O蒸气量大，这是H2气体的主要来源。铸型透气性低，则这些气体难以排出，易形成反应性气孔。（3）金属液气体含量高金属液中，本身气体含量高（包括溶解于铁液中氧与氢等，这是反应性气孔中H2O、CO、CO2的来源之一），这些气体若在凝固前难以逸出，必将产生气孔。（4）铁液氧化严重铁液氧化严重，则易生成氧化物，使氧溶解，发生（1）（4）化学反应，并易与C发生（10）与（11）反应，形成CO气体等。（5）铁液中元素S和Mn含量高铁液中S和Mn元素含量高时，S以FeS存在于铁液中，并与铁液中的Mn反应生成MnS.MnS溶于氧化渣并降低其熔点成液态，从而使渣中自由FeO能与石墨（成分为C）充分接触，发生（10）反应，产生CO气体。（6）孕育剂未充分预热粒状孕育剂若不经充分烘烤预热，将附有大量水气及其它冷气体。孕育处理时，这些气体将进入铁液中发生激溅，并发生化学反应，从而产生反应性气孔。4反应性气孔的消除方法4.1提高铁液的浇注温度铁液浇注温度高，则铁液液态时间长，有利于气体及溶渣的上浮排出，不易发生（10）反应，这是消除反应性气孔的最有效方法。在这批出口铸件的生产中，就将铁液的出炉温度提高到1430以上，浇注温度提高到13901400.4.2严格控制铸型水分含量，提高透气性灰铸铁件的生产，大多采用湿型粘土砂型铸造，这时型芯砂水分一定要严格控制，并尽可能降低。对于易发生反应性气孔的铸件，型芯砂水分含量尽可能低于5%.并注意起模修型时，尽可能不刷水或少刷水，以免铸型局部水分过大。另外还要尽可能提高铸型的透气性，一般要大于80.对一些重要铸件，必要时，铸型可采用干型或表面烘干型。在上述出口电机座铸件的生产中，就采用了表面烘干型铸型。4.3尽量减少浇注前铁液的含气量凡与铁液接触的器具，如出铁槽、浇包、撇渣勺、挡渣挡铁等，均应预热并烘透。浇注前将溶渣尽可能地清除干净。铁液出炉温度要高，并要静置，以利铁液中气体的上浮排出。4.4防止铁液氧化除在熔炼和孕育处理时，注意加入的炉料及各种材料要严格控制强氧化元素如Al、Mg、RE等含量外，还可在铸型的型芯砂中加入煤粉或重油等附加材料，以增加型内的还原气氛，减少和防止反应性气孔形成。尤其是一些重要铸件和易出现皮下气孔的铸件，更应如此。在这批出口铝铸件的生产中，均在型芯砂中加入了4%5%煤粉。4.5严格控制铁液中S和Mn元素的含量S、Mn元素结合可形成MnS，MnS含量高则易形成渣气孔（反应性气孔的一种），因此必须严格控制铁液中S、Mn元素的含量。对于易出现反应性气孔的铸件，可将Mn、S元素的规定值降低。另外，提高铁液浇注温度也可以降低MnS的含量。因为铁液温度高，反应便向左方向进行，这样即使S、Mn含量稍高，也不会形成MnS，因此也减小了S、Mn元素的危害作用。4.6孕育剂的充分预热对强度要求较高和较重要的铸铁件，均要采用孕育铸铁，即对灰铸铁铁液进行孕育处理，且孕育剂必须经破碎后进行充分的预热烘烤，以除去其上的气体和水分，并减小与金属液的温差。我们采用了粒度为35mm的75SiFe作为孕育剂，并预热烘烤至200时再加入铁液中进行孕育处理。