鋁合金鑄件氣孔產(chǎn)生因素分析
在純鋁中加入一些金屬或非金屬元素所熔制的鋁合金是一種新型的合金材料，由于其比重小，比強度高，具有良好的綜合性能，因此，被廣泛用于航空工業(yè)、汽車制造業(yè)、動力儀表、工具及民用器具制造等方面。
一、氣孔分類
由于鋁合金具有嚴重的氧化和吸氣傾向，熔煉過程中又直接與爐氣或外界大氣相接觸，因此，熔煉過程中控制稍許不當，鋁合金就很容易吸收氣體而形成氣孔，最常見的是針孔。
針孔（pin-hole），通常是指鑄件中小于1mm的析出性氣孔，多呈圓形，不均勻分布在鑄件整個斷面上，特別是在鑄件的厚大斷面和冷卻速度較小的部位。根據(jù)鋁合金析出性氣孔的分布和形狀特征，針孔又可以分為三類：點狀針孔、網(wǎng)狀針孔和綜合性氣孔。
實踐證明，鋁合金因吸氣而形成氣孔的主要氣體成分是氫氣，并且其出現(xiàn)無一定的規(guī)律可循，往往是一個爐次的全部或多數(shù)鑄件均存在有針孔現(xiàn)象；材料也不例外，各種成分的鋁合金都容易產(chǎn)生針孔。
二、鋁合金形成針孔的原因分析
鋁合金在熔煉和澆注時，能吸收大量的氫氣，冷卻時，則因溶解度的下降而不斷析出。有的資料介紹，鋁合金中溶解的較多的氫，其溶解度隨合金液溫度的升高而增大，隨溫度的下降而減少，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)時，氫在鋁合金中的溶解度下降19倍。
因此，鋁合金液在冷卻的凝固過程中，氫的某一時刻，氫的含量超過了其溶解度即以氣泡的形式析出。因過飽和的氫析出而形成的氫氣泡，來不及上浮排出的，就在凝固過程中形成細小、分散的氣孔，即平常我們所說的針孔（gas porosity）。
在氫氣泡形成前達到的過飽和度是氫氣泡形核的數(shù)目的函數(shù)，而氧化物和其他夾雜物則在起氣泡核心的作用。
在一般生產(chǎn)條件下，特別是在厚大的砂型鑄件中很難避免針孔的產(chǎn)生。在相對濕度大的氣氛中溶煉和澆注鋁合金，鑄件中的針孔尤其嚴重。
一般說來，對鋁合金而言，如果結(jié)晶溫度范圍較大，則產(chǎn)生網(wǎng)狀針孔的機率也就大得多。這是因為，在一般鑄造生產(chǎn)條件下，鑄件具有寬的凝固溫度范圍，使鋁合金容易形成發(fā)達的樹枝狀結(jié)晶。
在凝固后期，樹枝狀結(jié)晶間隙部分的殘留鋁液可能相互隔絕，分別存在于近似封閉的小小空間之中，由于它們受到外界大氣壓力和合金液體的靜壓作用較小，當殘留鋁液進一步冷卻收縮時，能形成一定程度的真空（即補縮通道被阻塞），從而使合金中過飽和的氫氣析出而形成針孔。
三、針孔對鋁合金鑄件性能的影響
針孔對鋁合金性能的影響，主要表現(xiàn)在能使鑄件組織致密度降低，力學性能下降。
為此，在鋁合金鑄件生產(chǎn)實踐中，加強對氣孔等級對力學性能的影響研究，通過控制針孔等級來保證鋁合金鑄件品質(zhì)是非常重要的。針孔等級評定，低倍檢驗按GB10851-89進行；X射線照相按GB11346-89鋁合金鑄件針孔分級標準執(zhí)行，該標準選用目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的兩種合金ZL101(Al-Si-Mg系)和ZL201(Al-Cu-Mn系)，并在T4狀態(tài)測定σb和σ5。
試驗結(jié)果表明：鑄件力學性能與針孔等級之間是線性相關(guān)關(guān)系，隨著針孔等級級別增加，力學性能逐步下降；針孔等級每增加一級，力學性σb下降3%左右，σ5下降5%左右。對鋁合金鑄件切取性能試樣要求，鑄件允許存在的針孔級別詳見GB9438-8。
這里應(yīng)當指出的是，由于鑄件壁厚效應(yīng)的影響，即使針孔嚴重程度相同，壁厚大的部位力學性能下降較低，壁厚小的部位則較高。由于鑄件的力學性能取決于多種因素，不僅與針孔等級有關(guān)，還與合金的化學成分的波動、鑄件的凝固速度、熱處理效果、其他缺陷的存在因素有關(guān)，所以，同一級別的針孔試樣，力學性能將在一個相當大的范圍內(nèi)波動。
四、鋁合金鑄件針孔形成的主要因素
綜上所述，針孔是鋁合金鑄件中容易出現(xiàn)的且對鑄件品質(zhì)造成一定影響的一種鑄造缺陷，氫是造成針孔的主要原因（有的資料介紹，鋁液中所溶解的氣體中80%-90%是氫），而氫的主要來源是水蒸氣分解所產(chǎn)生的。因此，鋁合金在熔煉過程中造成水蒸氣產(chǎn)生的原因，也就是直接影響針孔形成的主要因素。
影響針孔形成的主要因素有：
1、原材料、輔助材料的影響
在鋁合金熔煉澆注過程中，所使用的原材料、輔助材料、一些材料中的結(jié)晶水和鋁銹Al(OH)2分解會產(chǎn)生水分，造型材料中有多種有機和無機輔料帶有的水分，鑄型材料中的輔料、涂料等因為預(yù)熱不良含有的水分等等，在鋁合金熔煉澆注時，會因水蒸氣的分解而產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體都有可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔。涂料中粘結(jié)劑，雖然可以增加涂層厚度，但也相應(yīng)增大了發(fā)氣量。
2、熔煉設(shè)備及工具的影響
不同熔煉設(shè)備熔化鋁合金時，鋁合金的吸氣量和形成氣孔的程度是不同的。新坩堝及有銹蝕、污物的舊坩堝，使用前，應(yīng)吹砂或用其他方法清除干凈，并加熱至700℃-800℃，保溫2h-4h，以去除坩堝所吸附的水分。
