皮下气孔形成的机理解析

（一）氢皮下气孔

浇注以后，金属和铸型之间相互热作用的结果造成大量的气体。有H 2 O（水蒸气）、O2、N2、H 2、CO2等。在约1600℃下，水蒸气分解为氢和氧的平衡常数（K P=9.5×10-3）很小，难于分解。但处于高温下的水汽很容易和其他元素起反应。当和金属接触，而金属和氧的亲和力若大于氢和氧的亲和力时，则金属被氧化，可用下面通式表示：

m Me+n H 2 O═══Mem On+n H 2

Me代表能和水汽起反应的金属，如铁—碳合金中的Fe、C、Si、Mn、Al、Mg、Re（稀土元素）等。

反应生成的氢，一部分从铸型表面逸出，一部分向金属扩散。金属结晶时溶质再分配的结果，在固—液前沿的液相中形成[H]的过饱和区。在该区内氢的析出分压力很高，若存在Al2 O3、MnO、石墨固体质点或水气泡，均能使氢依附其表面生成气泡核心。气泡一旦出现，金属中的氢、氮均向气泡扩散，并伴随金属结晶沿晶间长大。由于金属表面含氢高，气泡内以氢为主。

铸钢件皮下气孔形成，有观点认为，钢液与砂型表面水气接触时，发生反应：

反应使铸件表面钢液富氢。凝固开始，氢的再分配使固—液前沿钢液中氢浓度过饱和，因而有很大的析出压力。于是氢依附在Al2 O3、MnO等夹杂物表面上形成气泡核心，并长大成针孔。(www.xing528.com)

又如，球铁件的皮下气孔可因铁液表面的Mg和MgS与水气作用而生成，其反应为：

对于球铁的皮下气孔还有其他的解释：球铁具有糊状凝固特性，表层长时间内存在分散的小液相区。反应生成的气体在铸型界面上形成气泡，沿小液相区在高气体压力下长入铸件表皮内。

灰铸铁和球铁中含有0.01%～0.1%的铝时常引起皮下气孔。特别是当铁水中同时含有铝和微量钛时，即使含有0.01%的钛，也会显著增加氢气孔。

（二）氮皮下气孔

氮皮下气孔主要来自含氮树脂砂型或砂芯。例如，当采用呋喃Ⅰ型树脂砂或尿烷树脂砂制造砂型或砂芯时，用于浇注铸钢件、球铁件，经常发现氮皮下气孔。