铸件气孔 — 根因分析与8D纠正措施

症状

• 加工表面可见孔洞（圆形为气孔、不规则为缩松）
• 受压铸件泄漏测试失败（发动机缸体、泵体、阀体）
• 拉伸试棒在气孔位置断裂——机械强度降低
• X-Ray/CT显示内部孔洞聚集
• 加工后不同深度暴露气孔——表面光洁度缺陷

受影响零件

• 铝铸件（重力铸造、低压铸造、高压铸造HPDC）
• 铸铁件（砂型铸造、壳型铸造）
• 汽车：发动机缸体、缸盖、变速箱壳体、制动钳
• 工业：泵体、压缩机壳体、液压阀体
• 航空：结构支架、起落架零件

检测方法

• X-Ray/DR：2D投影——检测截面厚度>2%的内部气孔
• CT扫描（3D）：量化气孔体积分数、位置和形貌
• 泄漏测试：压降法或氦质谱仪检测贯通气孔
• 着色探伤（DPI）：加工后表面开口气孔
• 金相切片：抛光后显微镜下测量孔径、形状、分布
• 减压凝固试样（RPT）/密度当量：铝液——真空下凝固评估含氢量

可能原因

• 氢气孔：铝液中溶解氢在凝固时析出为H₂气泡。来源：炉料、工具、熔剂中的水分；空气湿度；除气不足
• 缩松：凝固收缩时补缩不足——浇冒口设计不良、冒口过小或距热节过远
• 卷气/氧化膜：充型紊流卷入空气或氧化膜——内浇口速度>0.5m/s（铝重力铸造）
• 砂芯发气：砂芯粘结剂分解产气——排气不畅则气体进入金属液
• 模具热点：高压铸造模具局部温度过高导致局部缩松——冷却管路布置不足
• 脱模剂/涂料过量：过量脱模剂挥发气体被卷入形成气孔

5-Why分析示例

问题：铝变速箱壳体泄漏测试不合格。X-Ray显示安装法兰附近有2–5mm气孔聚集。

1. 为什么有气孔？→ 厚壁凸台处缩松——凝固时补缩不足
2. 为什么补缩不足？→ 冒口在厚壁部位凝固前已冻结
3. 为什么冒口提前冻结？→ 冒口模数（体积/表面积）0.8cm（需要1.2cm）
4. 为什么冒口偏小？→ 铸造模拟使用通用材料参数而非实际合金凝固数据
5. 为什么用通用参数？→ 铸造厂没有该牌号合金的实测凝固参数（固相分数vs温度曲线）

TRC：冒口提前冻结导致缩松 MRC：铸造模拟未用合金实测热物性参数验证

鱼骨图（6M）

• 人：操作工为赶产量缩短除气时间
• 机：保温炉热电偶读数偏低15°C——实际金属温度更低
• 法：浇注时间12s（规格8s）——金属液在充型前已冷却
• 料：回炉料比例从30%升到50%——氧化夹杂风险增大
• 测：密度当量每班仅测一次、X-Ray抽检1/50
• 环：夏季铸造车间湿度85%——氢吸收量增加

D3 围堵

• 库存和在制品100%X-Ray或CT检查
• 除气时间从8分钟延长到12分钟、回炉料降至30%
• 浇注温度提高20°C补偿充型过程中的降温
• 隔离受影响生产期的所有铸件

D5 永久纠正

• 重新设计浇冒口系统：加大冒口直径、厚壁处加冷铁、用实测合金数据的仿真验证
• 安装旋转除气系统配自动测氢（ALSCAN或同类）
• 浇注温度闭环控制（±5°C）——保温炉功率自动调节
• 熔炼和浇注区加装除湿机（维持<60%RH）

D7 预防

• 实测合金凝固参数（热分析）纳入仿真数据库
• 新模具投产前铸造仿真评审列为强制环节
• 实时密度当量监测+自动报警
• 安全关键铸件100%CT检查