眾所周知，鑄件中的存在氣孔和縮孔2 類孔洞。重力鑄造中的孔洞通常在凝固過程的高固相體積分數(shù)階段形成。而在壓鑄過程中，由于充型過程中存在氣體的卷入，這些卷入氣體在凝固開始之前就存在于液相中，若氣孔在凝固過程中與收縮孔洞相互連通，則會形成氣體-收縮孔洞 (簡稱氣縮孔)。
根據(jù) X 射線斷層掃描及三維重構(gòu)的結(jié)果，對氣孔、氣縮孔和縮孔三類孔洞的形貌、體積、圓整度和內(nèi)部壓力進行了比較分析，并探討了其形成機制。
所示為典型的氣孔形貌，圖中 4 個氣孔的平均體積為 0.0100 mm3，平均圓整度為 0.5863。由于這類孔洞是由壓鑄充型過程中氣體卷入所致，顯而易見，氣孔形狀較為圓整，具有較為光滑的表面。統(tǒng)計表明，總共 18 根試樣中有 87%的孔洞圓整度高于0.5，具有較為圓整的形狀。
氣孔的長大可用下式描述：
其中，Δp 為氣孔外部壓力，σ 為孔洞表面張力，r 為氣孔半徑。當(dāng)孔洞的內(nèi)部壓力大于外部壓力 Δp 時，氣孔發(fā)生膨脹長大，直至內(nèi)外壓力平衡，孔洞停止生長。
氣縮孔的形成和長大是由氣體卷入和凝固收縮共同引起的。氣縮孔的形貌特征表現(xiàn)為較為圓整的孔洞本體與一些凸起或長尾狀部分或兩者共同組成。表 2-5 中氣縮孔的平均體積約 0.0726 mm3，約為表 2-4 中的氣孔平均體積的 7 倍。由于具有凸起和長尾狀部分，氣縮孔形狀相較氣孔復(fù)雜，其平均圓整度為0.3957，比氣孔低。
在壓鑄件的凝固過程中，隨著固相分數(shù)的增加，壓室傳遞到模具型腔內(nèi)的壓力不斷減小。因此，凝固早期的孔洞受到增壓壓力的壓縮作用，其內(nèi)部壓力很高，隨著凝固不斷進行和壓力傳遞的衰減，孔洞周圍金屬液的壓力減小，如果孔洞位于液相和糊狀區(qū)，將會繼續(xù)發(fā)生體積膨脹。在凝固后期，孔洞周圍的枝晶骨架已經(jīng)形成，根據(jù)枝晶間流動的 Darcy 定律，，補縮能力減弱，局部液相壓力將進一步減小。
其中，K 表示滲透率，μ 為金屬液的粘度，ΔP 是壓力梯度。此時，由于受到已形成的枝晶骨架阻礙，孔洞的長大就不能繼續(xù)保持球體形狀。由于孔洞內(nèi)的高壓可以推動其周圍的殘留液體在枝晶間向離開孔洞的方向流動，從而在孔洞表面形成凸起。如果該殘留液體的流動距離較長，將形成含有長尾狀部分的縮孔。此外，枝晶間液相的流動還可以連通 2 個相鄰的獨立氣孔。與氣孔相比，氣縮孔的體積增大但壓力有所減小。這是由于氣縮孔與氣孔的形成均來源于氣體卷入，在增壓壓力的作用下，卷入的氣體在充型結(jié)束后具有相同的壓力水平，對比圖 2-8 和圖 2-9 中的孔洞體積可知，假設(shè)原始的卷入氣體數(shù)量相當(dāng)，根據(jù) Clapeyron 方程，氣縮孔的壓力比氣孔約低 1 個數(shù)量級 (約為 MPa 級)。
在壓鑄過程中，當(dāng)內(nèi)澆口完全凝固時，壓室 |
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