图二,不同温度下氢在铝中的溶解度
图三,温度对氢溶解度的影响
其次,由上图可以看出,随着温度升高,铝合金对氢的需求量很大。也就是在铝合金熔炼时可以接纳更多的氢进入合金液內。那么,还有没有氢的来源呢?有,这就是外来的的氢。铝锭上的油渍、铝锈以及周围空气中的水蒸气都有可能通过化学反应产生氢原子,然后进入铝合金也液中。据资料统计,铝合金中所含气体90%都是氢气,只有10%为其它气体。
闲话少叙,直入主题。实际上我们在真空状态下浇注时,一般都是带真空熔炼。真空熔炼实际上也是一种合金精炼。由于在真空状态下氢的分压或者空气的分压很低(或者简单理解为空气稀薄),铝合金液中的氢就有一种向金属液外逸出的冲动。这实际上是一种平衡。刚才讲过,氢以两种方式存在于铝液中:第一种是原子状态溶解在铝液中,第二种氢则以分子状态气泡形式存在于铝合金液中。由于带真空熔炼,以分子方式存在的氢气首先在平衡动力的推动下向液面移动,一旦冲破液面的束缚,直接逃离金属液逸出。原子状态的氢也在平衡动力的作用下相互结合,变为气体向外移出。
可能有人会说,从氢在固态状况下的溶解度看,氢很少,怎么可能熔化浇注后会在铸件上产生气孔,没有道理呀!不是的。别看在固态下氢的溶解度很低,但到了液态,溶解在铝合金里的氢原子一旦获得结合的能量,立马变成氢气祸祸铝合金液。因此,在铝合金锭生产时,在一般铝锭采购时,都会对氢含量提出要求,比如针孔度检查;在一般的铝合金熔炼后检查精炼效果也是通过检查密度进而确定精炼效果是否合乎要求。
由于真空感应电炉熔炼就是简单的重熔,因此,它不具备像电阻炉的优势,可以利用精炼除渣除气,它只能利用真空状态除去一部分气体,而且,在带电操作时,金属液是翻滚的,更不利于除渣。而铝合金中的氢原子一般是靠依附氧化夹渣,慢慢变成氢气上浮的。因此,真空炉也有不利于除气的一部分功能。
另外,真空炉浇注气体来源决不是金属材料一种源体。因为要利用型壳浇注,型壳也是气体来源之一。型壳在浇注前要预热,热的东西可能会吸潮。另外,真空炉破一次真空,周围的大气就会与金属液面接触。实际上,铝合金液最怕的就是水。遇水就会产生反应生成氢原子溶入金属液中。因此,在真空炉操作中一切跟水有关系的物质都应该隔离,比如,湿度大的雨天,高热闷湿的夏天,都是铝合金生产的困难天。而低湿的冬春季对于铝合金来说也许比较好。
因此,在铝合金真空炉生产时,铝合金锭要首先要吹砂,吹去上面的油渍、污渍、氧化皮等,然后生产前要烘烤,尽量在4、500℃以上烘烤多小时,确保无水作业。另外,应多注意天气变化,空气湿度大时少开炉不开炉,提前安排生产。真空炉一旦开动,尽量少破真空浇注,金属液上面的保护膜不要随便捅破,尽量减少金属液与大气接触的机会。浇注前要关电静置,让氧化夹杂携带氢气逸出液面,浇注时,要细心操作,不能让氧化皮流入型壳以造成气孔、渣气孔等缺陷。
当然,铸件在形成气孔缺陷时也有一定的责任。一般来讲,气孔缺陷容易出现在铸件厚大聚热部位,最后凝固部位,因此,在铸件浇注完后必须对这些部位进行冷处理或者让其能散热充分,否则就容易发生热助长氢原子变成氢气,氢气没能逃出金属液束缚,最后形成气孔缺陷。
应该说真空状态下浇注的铝合金铸件中的气孔大部分为析出型气孔,来自合金液內。只有在大气状况下浇注时,才会产生侵入性气孔。
今天就到这里吧!
以上仅是个人看法,仅供大家参考。我是铸造工程师老贺,关注我,学习不一样的熔模铸造。
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