​在重力铸造过程中，缩孔和缩松是由于铝液凝固时补缩不足或凝固顺序不合理导致的。以下是防止此类缺陷的关键措施，从工艺设计、材料控制到操作优化进行全面解析：
一、优化铸件结构设计
1. 合理设计壁厚与结构
避免壁厚不均匀：壁厚突变处易形成热节（局部凝固缓慢区域），导致补缩困难。应采用渐变过渡或加强筋替代厚壁结构，减少热节尺寸。
设置工艺补贴：在铸件厚壁处增加少量金属（补贴），人为延长补缩通道，如齿轮轮毂、法兰等厚大部位。
2. 利用凝固顺序控制补缩
实现定向凝固：通过设计使铸件从薄壁→厚壁→冒口逐步凝固，确保铝液能从冒口持续补缩到厚壁区域。例如：
薄壁件先凝固，形成 “凝固壳”；
厚壁区域后凝固，由冒口提供补缩；
冒口最后凝固，成为补缩源。
二、冒口与冷铁的科学应用
1. 冒口设计要点
尺寸足够大：冒口体积需大于铸件厚壁处的收缩体积，通常为铸件热节体积的1.5~2 倍。
形状优化：优先采用圆柱形或球顶圆柱形冒口（散热面积小，补缩效率高），避免扁长形冒口因冷却过快失去补缩能力。
位置精准：冒口应设在铸件高处或厚壁顶部，利用重力实现自上而下补缩。
2. 冷铁的辅助作用
加速局部冷却：在铸件薄壁或需提前凝固的部位放置铸铁或铜冷铁，强制该区域优先凝固，形成定向凝固梯度。
避免激冷裂纹：冷铁表面需清洁无油污，且厚度不宜超过铸件壁厚的1.5 倍，防止局部冷却过快产生裂纹。
三、模具温度与冷却控制
1. 预热温度与分布
合理预热模具：模具整体预热温度控制在200~350℃，厚壁区域可局部加热至300~400℃，延缓该区域冷却速度，延长补缩时间窗口。
避免局部过热：采用分区加热（如电加热棒或感应加热），确保模具温度均匀，防止因温差过大导致凝固顺序混乱。
2. 冷却速率调控
厚壁件慢冷：通过减少冷铁使用或降低风冷强度，使厚壁区域缓慢凝固，充分利用冒口补缩。
薄壁件快冷：薄壁区域可通过铜合金模具镶块或强制风冷加速凝固，形成有效 “凝固屏障”，引导补缩方向。
四、铝液熔炼与浇注工艺优化
1. 控制熔炼温度与纯净度
避免过热熔炼：铝液温度过高会增加收缩率（每过热 100℃，体收缩率增加约 0.6%），建议熔炼温度控制在680~750℃（根据合金调整）。
精炼除气除渣：
用N₂/Ar 气精炼或C₂Cl₆片剂去除熔体中的 H₂，减少气体来源；
静置时间≥15 分钟，使夹杂物充分上浮，避免夹渣阻碍补缩通道。
2. 浇注速度与压力控制
缓慢平稳浇注：避免铝液飞溅卷气，浇口截面积需足够大（如浇口速度≤0.5m/s），确保充型过程中金属液始终保持液态补缩能力。
加压补缩（可选）：对大型复杂件，可在浇注后对冒口区域施加机械压力（如 0.5~2MPa），强制铝液向铸件厚壁流动，弥补收缩。
五、合金成分与变质处理
1. 调整合金收缩特性
选择收缩率低的合金：如 A356 合金（收缩率约 6.5%）比 ADC12（收缩率约 7.5%）更不易产生缩孔，优先用于关键受力件。
控制杂质元素：Fe 含量过高（>1.2%）会增加合金脆性，加剧缩松倾向，需严格控制在标准范围内（如铝合金 Fe≤0.8%）。
2. 变质处理细化组织
对Al-Si 系合金（如 A356、YL112），使用Sr（锶）或 Na（钠）变质剂细化共晶硅，使凝固组织更致密，减少显微缩松。
变质剂加入量需精确（如 Sr 含量 0.01~0.03%），过量会导致过变质，反而降低力学性能。
六、缺陷检测与工艺验证
1. 实时监控与检测
红外测温：在模具厚壁区域安装热电偶，实时监测凝固过程温度变化，确保定向凝固顺序。
X 射线探伤：对首件或可疑件进行无损检测，识别内部缩孔 / 缩松位置，针对性调整冒口或冷铁布局。
2. 试模与工艺迭代
首次生产时采用 ** 低熔点合金（如铋锡合金）** 进行模具充型模拟，观察凝固顺序是否符合设计预期。
记录缺陷出现的位置和形态，通过增减冒口尺寸、调整冷铁位置或修改浇注温度进行多轮工艺优化。