1. 引言

气孔缺陷是铸造生产中最常见的质量问题之一，约占铸件废品总量的30%-50%。根据中国铸造协会2022年度报告显示，因气孔导致的铸件报废直接经济损失超过20亿元/年。气孔不仅降低铸件的力学性能，还会影响后续机加工质量。本文系统分析气孔缺陷的形成机理，并提出从熔炼到后处理的全流程防治方案。

2. 气孔类型及特征

2.1 主要分类与鉴别方法

气孔类型形貌特征产生位置检测手段

卷入性气孔不规则大孔（Φ>2mm）浇注系统末端X射线探伤（ASTM E1032）

析出性气孔圆形小孔（Φ0.1-1mm）铸件厚大部位金相显微镜（100×）

反应性气孔蜂窝状孔洞铸件-型壁界面扫描电镜+能谱分析

皮下气孔半球形凹陷表层下1-3mm渗透探伤（ISO 3452）

2.2 典型案例

铝合金缸盖：卷入性气孔集中在内浇道对面，导致水压试验泄漏

球铁制动鼓：皮下气孔引发机加工后表面黑斑（发生率12%）

铸钢阀体：氮气孔（N含量>80ppm）造成超声波探伤不合格

3. 成因系统分析

3.1 熔炼阶段

气体来源：

铝液吸氢（湿度>60%时吸氢速率增加3倍）

炉料油污分解（每1%油污产生800mL/g气体）

关键参数：

math

[H]_{max} = K_H cdot sqrt{P_{H2O}} 

（K_H：氢溶解度系数，P_H2O：水蒸气分压）

3.2 浇注过程

卷气临界条件：

浇注速度v > 1.2m/s（铝合金）

浇注高度h > 150mm（铸铁）

案例数据：某企业改进浇注系统后，卷气缺陷减少67%

3.3 型砂影响

树脂砂发气量对比：

砂型材料发气量（mL/g）峰值温度（℃）

呋喃树脂砂25-35220

碱性酚醛树脂15-20180

4. 综合防治措施

4.1 熔体处理技术

旋转除气（参数优化）：

转子转速≥500rpm

Ar气流量0.2-0.3L/min·kg

处理时间8-10min

熔剂覆盖（铝合金推荐）：

六氯乙烷+C₂Cl₆（比例3:1）

加入量0.3%-0.5%

4.2 工艺优化

浇注系统设计：

采用底注式+蛇形直浇道

横浇道截面积：内浇道≥1.5:1

模具排气：

排气槽总面积≥内浇道30%

设置真空抽气（真空度≤-0.06MPa）

4.3 新型技术应用

超声波除气：

频率20kHz，功率密度≥50W/cm²

氢含量从0.25→0.10mL/100g

数字模拟：

使用ProCAST预测气孔位置

准确率＞85%（某涡轮壳案例）