铸件中的孔隙率：微小的孔洞如何导致大问题

铸件孔隙率是金属铸造工艺中最普遍、最具挑战性的问题之一。孔隙率会影响铸件的性能和质量。为了生产出经久耐用、性能可靠的铸件，必须解决这些问题。有效的孔隙率控制能够帮助各行各业的铸件达到所需的可靠性和使用寿命。

压铸部件 浪费更少的原材料，保持一致的特性和公差，并提供卓越的表面光洁度。

铸件孔隙率

当铸件的平滑成形受到气体、收缩或凝固等因素的干扰时，就会产生铸件孔隙。许多因素，包括模具设计、冷却速度，甚至控制材料孔隙度的因素，都会影响最终结果。制造商常常难以实现零孔隙度铸件。

本文探讨了孔隙率的种类、检测技术和预防策略，展示了如何通过适当的铸造工艺区分有缺陷的部件和无缺陷的产品。

 

铸造中的孔隙率到底是什么？

铸件中的孔隙是指在金属铸件表面或内部形成的孔洞、洞或空腔。这种缺陷会降低压铸件的结构完整性，并导致某些区域腐蚀或泄漏。降低孔隙率对于保持铸件性能至关重要。 

 解决孔隙率问题对于保持铸造性能至关重要。

压铸缺陷 

换句话说，铸件会产生微小的孔洞，削弱部件的强度，缩短其使用寿命。这可能会导致 金属铸造缺陷，包括泄漏、裂缝或强度减弱。

铸造过程中最常见的问题之一是孔隙率，必须控制孔隙率才能实现零孔隙率铸造并制造出优质的金属部件。

 

罪魁祸首：压铸中的不同类型的孔隙

铸造过程中产生的孔隙外观各不相同。孔隙可能表现为多种形式，并在金属内部以各种形状出现。为了更好地理解孔隙，我们可以将其分为两类：

• 按原因 → 为什么会发生 （凝固问题、收缩或气滞）。
• 按几何/分布 → 创新中心 孔在铸件内部形成并连通。
• 按原因：

• 气泡问题：气体孔隙度

• 气孔是金属铸造中常见的孔隙形式之一。滞留的气体会形成诸如表面水泡之类的孔隙，这些孔隙在铸件上表现为气泡状的凸起。这些孔隙是由于气体在凝固过程中滞留在模具或熔融材料中而产生的。润滑、排气、浇口或模具部件的长期存放不当都可能导致模具中滞留气体。 

气孔率

• 空腔：收缩孔隙率

金属铸造中的收缩会在铸件从厚部分收缩到薄部分时产生孔隙。这 铸造收缩 零件中间可能会形成空隙。这种情况是由于模具的壁厚和金属的特性导致熔融金属在凝固阶段以不均匀的收缩率减少而发生的。 

• 隐藏的敌人：微孔隙

微孔隙是由铸造材料中微小的、有时甚至是微观的空隙组成的。微孔隙可能会影响铸件的表面光洁度和机械特性。这类金属铸造缺陷会导致功能性和外观质量下降。

• 按几何形状： 

让我们从几何学角度来看一下它们：

孔隙度的类型

• 隐藏的坑：盲孔

孔隙始于特征表面，终止于金属体内某处。这类孔隙可能会促进腐蚀，但通常对机械强度影响甚微。

• 漏水隧道：通过孔隙

孔隙形成一个通道，从表面开始，穿过结构特征，延伸至对面壁面。金属中的这种孔隙会导致泄漏，需要两侧密封。

• 滞留气泡：封闭孔隙度

这些孔隙存在于金属内部，外部无法观察到，除非在后续加工过程中被穿孔。除非为了诊断目的而将部件打开，或在铸造后进行计算机断层扫描 (CT)，否则通常无法检测到此类孔隙的存在。 

下表有助于清晰地比较孔隙度的类型以及示例和影响：

孔隙度类型	分类	描述	铸造示例	对演员选角的影响
气孔率	按原因	凝固过程中滞留的气体产生的气泡或针孔	铝铸件中的气穴是由于脱气不良造成的	削弱表面光洁度，造成泄漏。
缩孔率	按原因	当金属在冷却过程中收缩并且缺乏进料金属时，就会形成空腔。	较厚铸铁件截面中存在不规则空隙	降低强度，可能导致裂缝
微孔隙率	按原因	由于冷却不均匀或合金问题导致金属颗粒之间出现微小空隙	钢制涡轮叶片中的细孔	降低抗疲劳能力，隐藏弱点
盲孔	按几何形状（开放缺陷）	通向表面但不穿过的空腔	铸件表面出现坑状凹陷	表面缺陷，污染物陷阱
通过孔隙度	按几何形状（开放缺陷）	铸件壁上形成完整通道的空隙	穿过泵壳壁的孔	造成泄漏、压力损失
封闭孔隙率	按几何形状（封闭缺陷）	空洞完全被困在金属内部，没有表面连接	压铸汽车部件内部的气泡	难以检测，可能会削弱结构

 

为什么会出现孔隙度（以及为什么它如此常见）

即使采用先进的技术，铸件中的孔隙仍然是最难预防的缺陷之一。铸造过程中的许多因素都可能导致孔隙的形成。这就是它如此常见的原因。让我们来分析一下主要的“罪魁祸首”：

1. 气体滞留

当熔融金属倒入模具时，它容易溶解氮气、氧气或氢气等气体。随着冷却，金属保留气体的能力会逐渐减弱。如果气体无法及时逸出，就会被困在模具中，形成孔隙。想象一下，当你打开一瓶汽水时，瓶内的压力下降，气体逸出，最终导致铸件内部出现空腔或表面针孔。

铸造工艺

2. 凝固过程中的收缩

所有金属在冷却时都会收缩。如果没有额外的熔融金属“补给”收缩区域，就会形成空洞。这被称为缩孔。它通常发生在冷却不均匀的交叉处或致密部分。如果没有合适的冒口或补给系统，这些空洞的形成是不可避免的。

3. 铸造过程中的湍流

这很大程度上取决于熔融金属的浇注方式。如果金属飞溅或流动过于不规律，就会将空气和氧化物滞留在模具内。这些滞留的气体最终会发展成孔隙。虽然在现实的铸造厂中，尤其是在模具设计复杂的情况下，湍流很难避免，但平稳、可控的填充至关重要。

4. 水分和污染物

铸型或型芯中的水分可能会造成严重的问题。水与熔融金属接触后会迅速变成蒸汽。由于蒸汽无处可去，会在铸件内部形成压力袋。即使是极少量的水分也可能导致较大的孔隙聚集。因此，铸造厂对预热和砂型准备的要求非常严格。

5. 材料特性 

金属之间的反应各不相同。某些合金更容易产生微孔隙、溶解气体，并在冷却时收缩。另一方面，材料的化学性质、熔点和凝固特性决定了其孔隙度。例如，铸铁更容易产生缩孔，而铝合金则经常出现氢孔隙。

6. 冷却不均匀

缺陷的形成受冷却速度的显著影响。微孔隙可能是由晶粒间张力的累积和空隙的形成引起的。如果冷却速度过快，气体无法逸出。如果冷却速度过慢，缩孔现象会恶化。在铸造工程中，找到理想的冷却平衡是一项永无止境的任务。 

 

孔隙度如何影响铸件质量

孔隙会削弱零件的强度。这些隐藏的孔隙会降低质量并产生泄漏路径。因此，孔隙在航空航天和汽车行业中至关重要，在这些行业中，故障是不允许的。与机加工零件不同，如果工艺控制不当，铸造件也存在孔隙风险。因此，在以下两个方面需要权衡： 机械加工和铸造 发挥作用。铸造提供了成本和形状灵活性，而机加工则确保了可靠性。

以下是导致铸造质量下降的几个原因： 

• 机械特性： 铸件中的孔隙率会降低铸件的抗拉强度、抗疲劳性和延展性，从而削弱零件的强度。
• 表面光洁度的影响： 孔隙度会改变铸件的表面外观，使其变得粗糙、不平整。
• 对耐腐蚀性的影响： 孔隙度可为腐蚀性元素提供通道，从而降低材料的抗腐蚀性能。
• 力量减弱： 空隙会损害铸件的整体结构并降低其支撑负载的能力。
• 降低耐久度： 孔隙率会增加铸件疲劳和失效的可能性，尤其是在高应力应用中。 
• 表面缺陷： 由于表面孔隙率，铸件可能不适合需要可见性或美观的应用。

如何在为时已晚之前发现孔隙度

金属铸件中的孔隙可以通过多种检测方法发现。选择合适的检测方法时，需要考虑铸造金属的种类、缺陷的性质以及所需的检测精度，每种方法都有其优势。

检查技术

眼见为实：视觉检查

识别裂纹的第一道防线是频繁的目视检查。这需要仔细检查孔隙铸造缺陷的表面，例如裂纹和针孔。尽管这种方法简单且经济实惠，但它通常仅限于表面问题，可能无法准确识别内部孔隙或表面下的裂纹。

探测：超声波检测

超声波检测 (UT) 是查找内部缺陷（例如裂缝和孔隙）的最佳无损检测 (NDT) 技术之一。该方法使用高频声波穿透金属铸件。当声波接触到孔隙铸件缺陷（例如真空或裂纹）时，会反弹并被传感器捕获。然后通过分析数据来确定缺陷的位置、程度和类型。

GAs孔隙度的无损检测

深入了解：X射线和放射线照相术

另一种检测金属铸件内部孔隙的有效方法是X射线检测。在这种方法中，X射线会穿透材料，并被另一侧的探测器拾取，就像医用X射线一样。裂纹或孔隙会改变X射线的透射方式，从而产生可用于检查缺陷的图像。

这项技术非常适合检测复杂的铸件，因为缺陷可能隐藏在复杂的几何形状中。然而，它可能比其他方法更昂贵，并且需要特定的工具和知识。

看得清楚：染料渗透检测 (DPT)

染料渗透检测是检测金属铸件表面孔隙度的一种常用方法。该方法需要将液体染料涂抹在铸件表面，使其渗透到任何孔隙或裂纹中。等待一段时间后，刮掉多余的染料，并使用显影剂从裂纹中提取染料，使其显露出来。

尽管渗透检测只能发现表面破裂的孔隙度，但它仍是一种经济的查找缺陷的方法，特别是对于难以用其他方法检查的铸造金属部件。

感受瑕疵：磁粉检测（MPI）

磁粉探伤用于检测铁磁材料的表面和近表面裂纹。该技术需要对铸件施加磁场，并在其表面撒上磁粉。磁场会使铸件变形，如果存在裂缝或孔隙，磁粉就会聚集在缺陷周围，使检测人员能够看到缺陷。

MPI 非常适合检测黑色金属铸件（例如钢或铁部件）中的裂纹。该检测方法要求材料具有磁性，但其检测速度快、可靠。

付款方式	检测内容	优点	缺点
目视检查	表面有水泡、凹坑和可见的毛孔	快速、低成本、无需设备	仅检测表面孔隙度，忽略内部缺陷
X射线和放射线照相术	内部空隙、缩孔、隐藏铸件孔隙	非常准确，显示铸件内部的缺陷	价格昂贵，需要安全预防措施，而且速度较慢
超声波测试	内部孔隙和裂缝	便携、安全、有效，可修复较深的缺陷	需要熟练的操作者，可能会错过非常微小的毛孔
染料渗透剂	测试（DPT） 表面裂纹、表面细小孔隙	简单，突出小的表面缺陷，价格便宜	仅适用于无孔金属；需要进行表面处理
磁性粒子	检查（MPI） 铁磁金属中的表面和近表面裂纹、孔隙度	可以检测出表面附近的微小裂纹，快速批量检测	仅适用于铁磁金属，仅限于浅层缺陷

为了检测隐藏的孔隙，汽车和航空航天部件经常使用X射线或超声波检测。对于DPT（Distance Py）或MPI（多点探伤），较简单的部件可以使用光学检测来检测表面缺陷。选择合适的方法可以确保及早发现故障，从而减少时间、成本和返工。

 

反击：预防压铸孔隙的有效方法 

为防止零孔隙度铸造，需要在整个铸造过程中结合适当的方法并仔细注意细节：

• 优化模具设计： 确保有足够的排气口排出气体。通过设计模具以促进均匀冷却和凝固，降低铸件出现缩孔和缩松的可能性。为了控制凝固过程，策略性地使用冒口或冷却器。低压 压铸 一些行业使用它来以较少的湍流填充模具，从而降低了滞留气体和表面孔隙率的可能性。

大规模排气技术

• 控制浇注温度： 为了确保熔液流动顺畅并适当充模，应将熔融金属保持在理想温度。避免过热，因为过热会增加气体吸收的可能性。然而，对于以下工艺，极其精确的冷却至关重要： 高压压铸 以防止缩孔并保证零件强度恒定。
• 使用优质材料： 为了减少可能导致气体产生的杂质，请使用高纯度金属和合金。保持模具相关物品清洁干燥。
• 脱气： 在铸造过程之前，必须采用脱气方法从熔融金属中提取溶解气体，例如真空脱气或使用脱气片。
• 足够的模具涂层： 使用模具涂层可增强铸件的表面光泽度并减少产生气体的可能性。
• 频繁测试和检查： 为了及早发现并解决孔隙问题，请对模具、材料和已完成的铸件进行常规检测。为了在不损坏铸件的情况下发现内部孔隙，请使用无损检测 (NDT) 技术，例如 X 射线或超声波检测。

现实世界的例子：当孔隙度成本高昂时

孔隙度看似微不足道，但实际上却可能造成灾难性的故障和巨大的损失。汽车行业的一个显著例子是，由……制造的发动机缸体中出现了缩孔。 高压压铸在使用过程中，冷却液开始渗入油道。这些缝隙最初是看不见的。结果，昂贵的召回、保修索赔和声誉损失高达数百万美元。

在航空航天领域，孔隙率会造成严重后果。例如，涡轮叶片中的气孔问题一直是飞机制造商面临的一大难题。低压压铸工艺用于控制填充并最大程度地减少这些部件的湍流。因此，不规则的排气操作会导致微孔隙。即使是微小的孔洞也可能损害高性能喷气发动机，因此整批产品必须销毁。

这些事件表明，孔隙度不仅仅是一个“铸造缺陷”，而是一个商业风险。因此，许多制造商现在正在研究以下方案： 压铸与注塑 根据产品需求，甚至在重要应用中，选择机加工还是铸造。产品的成功取决于选择合适的工艺流程，并确保实施有效的孔隙预防措施。

 

最后的想法：无孔铸造

孔隙率在 压铸 孔隙是一个主要问题，因为它会影响零件质量。压铸件中孔隙的主要原因是收缩不对称或滞留气体造成的孔隙。

无论是钢、铝还是其他合金，控制孔隙率对于制造可靠耐用的铸件都至关重要。为了减少故障并保证较长的使用寿命，高质量的零件必须进行严格的工艺控制。

为了减少错误并提供可靠的结果，许多企业转向信誉良好的供应商，例如 铸造服务，将技术专长与先进工艺相结合。毕竟，最终目标是打造坚固、无瑕疵、经久耐用的铸件。

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常见问题

Q1. 铸造中的孔隙率是什么？
铸件中的孔隙度是指由于气体滞留或收缩而在金属铸件表面或内部形成的孔隙、洞或空腔。 

Q2. 为什么孔隙率是金属铸造中的一个问题？
孔隙率会削弱铸造部件并降低可靠性，从而导致断裂、泄漏，甚至完全失效。

Q3. 什么原因造成金属中出现孔隙？
滞留气体、凝固过程中的收缩、脱气不足以及模具设计不当是造成孔隙率的常见原因。 

Q4. 如何检测铸件中的孔隙率？
多孔性 可以在使用前使用超声波检测、X射线和放射学等方法对零件进行检测。

Q5. 如何防止铸造过程中出现孔隙率？
真空脱气、适当的模具涂层、理想的冷却管理以及低压压铸等尖端工艺都是预防策略的例子。