冷激铸铁凸轮轴激冷层气孔的缺陷及相关措施

陆杰实　甘伟武

摘 要：冷激铸铁这种技术出现时间较短，是一种新兴工艺，并且由冷激铸铁技术制造出的凸轮轴也是当今社会受人们推崇的商品。要保证凸轮轴的质量，生产人员只要控制好激冷层的硬度和深浅就可以，但是因为冷激铸铁技术还不完善，在生产中激冷层常常出现气孔，所以为了使冷激铸铁技术更加完善，作者重点对激冷层出现气孔的原因进行分析，并且提出相关措施，帮助技术人员进行进一步的研究。

关键词：冷激铸铁；凸轮轴；气孔；缺陷以及措施

在生产铸造的过程中，最常出现的问题就是气孔缺陷，并且气孔缺陷成因多、种类复杂，很大程度上影响着整个生产的质量，所以对气孔缺陷的研究是十分有必要的。

1 气孔产生的原因

经过研究发现，非激冷面是不容易产生气孔的，气孔的产生大部分原因是因为，当铁液浇筑到模型中后，激冷面的铁液因为受到激冷的作用开始凝固，但是因为凝固时间过快，导致很多气泡无法逃逸都留在激冷面中，从而形成了气孔。

气孔缺陷形成的原因多种多样，其种类也复杂繁多，主要包括五大类：侵入气孔、外生反应气孔、内生反应气孔、裹携气孔和析出气孔。下面就逐一分析这五种气孔产生的原因以及解决措施。

2 侵入气孔

2.1 基本特征

侵入气孔是在浇灌的时候，外部空气侵入金属液并产生了气泡而形成的气孔。侵入气孔一般为团球形或者圆球形，有时为异型孔洞或者梨形，内部光滑，并且它的尺寸都很大，一般都在1mm至3mm之间，深度一般较浅，一般在3mm以内，因为面积大，所以侵入气孔出现的速度慢，不会很快增加。侵入气孔一般出现在铸件的表面，并且大多都是一个或者几个整体出现，不会出现弥散分布的情况。

2.2 形成原因

在运用冷激铸铁技术成产凸轮轴的时候，在初期大多采用较厚的覆膜砂铸型，但是覆膜砂的发气性能较差，所以在浇筑时，发气量很大，但是铸型的发气性能又不好，就会有一部分气体无法排出而进入到铸件内部中，从而形成了侵入气孔。

2.3 解决措施

改进铸型材料，特别是覆膜砂的发气性，保证覆膜砂的发气量不能超过20Ml/g，还要在铸型上设计排气孔，保证气体能够充分排除。

3 裹携气孔

3.1 基本特征

裹携气孔的形状一般为扁球形、圆球型或者团球形，并且尺寸很大，一般在几毫米以上，裹携气孔一般呈弥散分布，主要出现在浇口处，并且气孔出现的速度并不会很快。

3.2 形成原因

其一可能是浇注系统特别是浇口杯的设计存在缺陷，导致在浇筑时，浇口杯内部的金属液产生了漩涡；其二可能是浇筑系统的截面积过大，而浇筑速度过慢，金属液不能充满浇注系统，从而产生了吸气，这种原因大多是技术人员操作不当导致的。

3.3 解决措施

加强浇注系统特别是浇口杯的工艺设计，结合实践积极修改；并且要开展技能培训课，提高技术人员的技术能力；在浇注之前，要结合浇注系统的实际情况，合理规划浇注时间，并且在浇注的过程中要及时调整，保证浇口杯内不会产生涡流。

4 析出气孔

4.1 基本特征

析出气孔的尺寸在这几种气孔中属于最小的，在浇注完成后，技术人员是很难发现的，一般都得在一次粗抛和精抛之后才能在激冷面上被发现，并且析出气孔直径小，呈针孔状分布，最大也不会超过1mm，但是深度却很深，所以很多时候，即使出现气孔，技术人员也很难发现。析出气孔在激冷面出现的位置不固定，可能会出现各个地方，但是大多以浇口端为主。这种气孔具有极大的危险性，如果出现后不能及时找到进行弥补，它造成的伤害会成几何数增长，严重的话会导致这一阶段生产的产品都得报废。并且经过研究显示，很多报废品都是由于析出气孔不能及时发现而不得不报废。

4.2 形成原因

根据实验研究表明，析出气孔是一种流行性的气孔缺陷，与炉料内废钢的加入量息息相关；冒口处出现上胀现象，形状类似菜花，所以又称菜花冒顶现象；浇注的时候，浇口和冒口最上端流出的金属液在表面形成了很多气泡。以上现象形成的原因，都包含了以下条件：（1）短时间内出现了流行性的增长缺陷，并且废料内的废钢含量高达40%，远远超过了一般生产工艺的承受程度；（2）因为没有设置冒口，所以在表面出现了大量的气泡。

4.3 解决方案

消除析出气孔最主要的措施：浮游气泡进行脱气、旋转搅拌脱气、冷凝脱气、稳定剂脱气。但是稳定剂脱气因为技术的局限性，不适用与冷激铸铁工艺，而旋转搅拌受温度限制，一般不能用于温度超过1500摄氏度的金属液。所以最好的方法是用浮游气泡和冷凝相结合进行脱气。

5 反应气孔

5.1 形成原因

反应气孔主要包括外生反应气孔和内生反应气孔：

（1）外生反应气孔是由于金属液与砂芯。砂型、冷铁、氧化膜等其他因素发生反应，产生了大量气体出现气泡而形成的气孔。因为外部因素太多，金属液与其产生的化学反应也很多，所以产生的气泡的种类也很多，主要包括表面气孔和皮下气孔。

（2）内生反应气孔指的是金属液在凝固的时候，金属本身的化学成分和溶解在金属液内的化学成分进行反应，出现气泡而形成的气孔。这种气孔最大的特点就是具有同液性和流行性，换而言之，就是同一批次的铸件，如果一个铸件出现了内生反应气孔，那么这一批次的其他铸件都有这一缺陷，但是这种气孔很容易规避。

5.2 解决措施

对于皮下气孔，可以在炉内加一些赤铁矿，过段时间可以再加入一些重熔铸锭；对于表面气泡，技术人员要定时在冷激铸铁进行喷砂，再去掉氧化膜之后，还要喷一层石墨作为保护层，并且烘干密闭保存。其次还要规定冷激铸铁的使用寿命。

综上所述，冷激铸铁凸轮轴制造技术虽然技术先进，但是它经常出现许多气孔缺陷，并且其出现的气孔缺陷种类多，原因复杂。所以技术人员应该因地制宜，结合实际情况，分析出解决措施，从而保证整个制造过程能够顺利完成。

参考文献

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[2]卢勤杰，卢金铎，葛辉.冷激铸铁凸轮轴激冷层气孔缺陷及对策[J].现代铸铁，2008，3：69-74.