鑄造鋁合金

缺陷特征:氧化夾渣多分布在鑄件的上表面，在鑄型不通氣的轉角部位。斷口多呈灰白色或黃色，經(jīng)x光透視或在機械加工時發(fā)現(xiàn)，也可在堿洗、酸洗或陽極化時發(fā)現(xiàn)

產(chǎn)生原因:

1.爐料不清潔，回爐料使用量過多

2.澆注系統(tǒng)設計不良

3.合金液中的熔渣未清除干凈

4.澆注操作不當，帶入夾渣

5.精煉變質處理后靜置時間不夠

防止方法:

1.爐料應經(jīng)過吹砂，回爐料的使用量適當降低

2.改進澆注系統(tǒng)設計，提高其擋渣能力

3.采用適當?shù)娜蹌┤ピ?/p>

4.澆注時應當平穩(wěn)并應注意擋渣

5.精煉后澆注前合金液應靜置一定時間

缺陷特征:三鑄件壁內氣孔一般呈圓形或橢圓形，具有光滑的表面，一般是發(fā)亮的氧化皮，有時呈油黃色。表面氣孔、氣泡可通過噴砂發(fā)現(xiàn)，內部氣孔 氣泡可通過X光透視或機械加工發(fā)現(xiàn)氣孔 氣泡在X光底片上呈黑色。

產(chǎn)生原因:

1.澆注合金不平穩(wěn)，卷入氣體

2.型(芯)砂中混入有機雜質(如煤屑、草根 馬糞等)

3.鑄型和砂芯通氣不良

4.冷鐵表面有縮孔

5.澆注系統(tǒng)設計不良

防止方法 :

1.正確掌握澆注速度，避免卷入氣體。

2.型(芯)砂中不得混入有機雜質以減少造型材料的發(fā)氣量

3.改善(芯)砂的排氣能力

4.正確選用及處理冷鐵

5.改進澆注系統(tǒng)設計

缺陷特征:鋁鑄件縮松一般產(chǎn)生在內澆道附近飛冒口根部厚大部位、壁的厚薄轉接處和具有大平面的薄壁處。在鑄態(tài)時斷口為灰色，淺黃色經(jīng)熱處理后為灰白淺黃或灰黑色在x光底片上呈云霧狀嚴重的呈絲狀縮松可通過X光、熒光低倍 斷口等檢查方法發(fā)現(xiàn)。

產(chǎn)生原因:

1.冒口補縮作用差

2.爐料含氣量太多

3.內澆道附近過熱

4.砂型水分過多，砂芯未烘干

5.合金晶粒粗大

6.鑄件在鑄型中的位置不當

7.澆注溫度過高，澆注速度太快

防止方法:

1.從冒口補澆金屬液，改進冒口設計

2.爐料應清潔無腐蝕

3.鑄件縮松處設置冒口，安放冷鐵或冷鐵與冒口聯(lián)用

4.控制型砂水分，和砂芯干燥

5.采取細化品粒的措施

6.改進鑄件在鑄型中的位置降低澆注溫度和澆注速度

缺陷特征 :

1.鑄造裂紋。沿晶界發(fā)展，常伴有偏析，是一種在較高溫度下形成的裂紋在體積收縮較大的合金和形狀較復雜的鑄件容易出現(xiàn)

2.熱處理裂紋:由于熱處理過燒或過熱引起，常呈穿晶裂紋。常在產(chǎn)生應力和熱膨張系數(shù)較大的合金冷卻過劇?；虼嬖谄渌苯鹑毕輹r產(chǎn)生

產(chǎn)生原因:

1.鑄件結構設計不合理，有尖角，壁的厚薄變化過于懸殊

2.砂型(芯)退讓性不良

3.鑄型局部過熱

4.澆注溫度過高

5.自鑄型中取出鑄件過早

6.熱處理過熱或過燒，冷卻速度過激

防止方法:

1.改進鑄件結構設計，避免尖角，壁厚力求均勻，圓滑過渡

2.采取增大砂型(芯)退讓性的措施

3.保證鑄件各部分同時凝固或順序凝固，改進澆注系統(tǒng)設計

4.適當降低澆注溫度

5.控制鑄型冷卻出型時間

6.鑄件變形時采用熱校正法

7.正確控制熱處理溫度，降低淬火冷卻速度

壓鑄件缺陷中，出現(xiàn)最多的是氣孔。

氣孔特征。有光滑的表面，形狀是圓形或橢圓形。表現(xiàn)形式可以在鑄件表面、或皮下針孔、也可能在鑄件內部。

(1)氣體來源

1) 合金液析出氣體-a與原材料有關 b與熔煉工藝有關

2) 壓鑄過程中卷入氣體¬-a與壓鑄工藝參數(shù)有關 b與模具結構有關

3) 脫模劑分解產(chǎn)生氣體¬-a與涂料本身特性有關 b與噴涂工藝有關

(2)原材料及熔煉過程產(chǎn)生氣體分析

鋁液中的氣體主要是氫，約占了氣體總量的85%。

熔煉溫度越高，氫在鋁液中溶解度越高，但在固態(tài)鋁中溶解度非常低，因此在凝固過程中，氫析出形成氣孔。

氫的來源:

1) 大氣中水蒸氣，金屬液從潮濕空氣中吸氫。

2) 原材料本身含氫量，合金錠表面潮濕，回爐料臟，油污。

3) 工具、熔劑潮濕。

(3)壓鑄過程產(chǎn)生氣體分析 由于壓室、澆注系統(tǒng)、型腔均與大氣相通，而金屬液是以高壓、高速充填，如果不能實現(xiàn)有序、平穩(wěn)的流動狀態(tài)，金屬液產(chǎn)生渦流，會把氣體卷進去。

壓鑄工藝制定需考慮以下問題:

1) 金屬液在澆注系統(tǒng)內能否干凈、平穩(wěn)地流動，不會產(chǎn)生分離和渦流。

2) 有沒有尖角區(qū)或死亡區(qū)存在?

3) 澆注系統(tǒng)是否有截面積的變化?

4) 排氣槽、溢流槽位置是否正確?是否夠大?是否會被堵住?氣體能否有效、順暢排出?

應用計算機模擬充填過程，就是為了分析以上現(xiàn)象，以作判斷來選擇合理的工藝參數(shù)。

(4)涂料產(chǎn)生氣體分析 涂料性能:如發(fā)氣量大對鑄件氣孔率有直接影響。

噴涂工藝:使用量過多，造成氣體揮發(fā)量大，沖頭潤滑劑太多，或被燒焦，都是氣體的來源。

(5)解決壓鑄件氣孔的辦法

先分析出是什么原因導致的氣孔，再來取相應的措施。

1) 干燥、干凈的合金料。

2) 控制熔煉溫度，避免過熱，進行除氣處理。

3) 合理選擇壓鑄工藝參數(shù)，特別是壓射速度。調整高速切換起點。

4) 順序填充有利于型腔氣體排出，直澆道和橫澆道有足夠的長度(>50mm)，以利于合金液平穩(wěn)流動和氣體有機會排出?？筛淖儩部诤穸取部诜较?、在形成氣孔的位置設置溢流槽、排氣槽。溢流品截面積總和不能小于內澆口截面積總和的60%，否則排渣效果差。

5) 選擇性能好的涂料及控制噴涂量。

由于每一種缺陷的產(chǎn)生原因來自多個不同的影響因素，因此在實際生產(chǎn)中要解決問題，面對眾多原因到底是非功過先調機?還是先換料?或先修改模具?建議按難易程度，先簡后復雜去處理，其次序:

1) 清理分型面，清理型腔，清理頂桿;改善涂料、改善噴涂工藝;增大鎖模力，增加澆注金屬量。這些靠簡單操作即可實施的措施。

2) 調整工藝參數(shù)、壓射力、壓射速度、充型時間、開模時間，澆注溫度、模具溫度等。

3) 換料，選擇質優(yōu)的鋁合金錠，改變新料與回爐料的比例，改進熔煉工藝。

4) 修改模具，修改澆注系統(tǒng)，增加內澆口，增設溢流槽、排氣槽等。

例如壓鑄件產(chǎn)生飛邊的原因有:

1) 壓鑄機問題:鎖模力調整不對。

2) 工藝問題:壓射速度過高，形成壓力沖擊峰過高。

3)模具問題:變形，分型面上雜物，鑲塊、滑塊有磨損不平齊，模板強度不夠。解決飛邊的措施順序:清理分型面→提高鎖模力→調整工藝參數(shù)→修復模具磨損部位→提高模具剛度。從易到難，每做一步改進，先檢驗其效果，不行再進行第二步。

在鑄造鋁合金中添加稀土可以有效的改善鑄造鋁合金的缺陷。

1.稀土在鋁合金中的精煉作用

鋁合金中添加適量稀土元素對精煉效果具有促進作用。稀土元素可以改善夾雜物形態(tài)，凈化晶界。采用真空吸鑄法研究了Al RE中間合金對A356合金 流動性的影響，實驗結果證明合金熔體中加入適量的稀土元素，能夠使固液相線溫度差減少，減小合金的糊狀凝固趨勢，并且降低合金熔體表面張力，此外還有去氣、除雜的精煉作用，這都會使熔體流動性提高，粘度降低，有利 于夾雜物和氣體的排除。

已研究開發(fā)出一種含有稀土化合物的鋁合金新型熔劑，該熔劑通過發(fā)生一系列的物理和化學反應，不僅可使A356合金熔體720℃時的含氫量由大于0.30ml/100g(Al)下降到0.10 ml/100g(Al)以下，除氣效果顯著，并使A356合金的室溫抗拉強度提高7.27%，延伸率提高85.58%。但是，過量的稀土元素也會加劇富RE相的聚集，成為夾雜物，從而降低合金熔體的流動性。

2.稀土對鋁合金的細化作用

有目的地抑制柱狀晶和雙柱狀晶生長，促進細小等軸晶形成，這種工藝過程就叫作晶粒細化處理。由于晶粒得以細化，合金的性能得到提高，同時還使縮松、熱裂、針孔等缺陷下降。細化處理的最基本方法是抑制形核，以及向熔體中添加晶粒細化劑的外來形核質點。目前，添加細化劑的方法成為最有效、最實用的方法。鑄造鋁合金中常用的共有三種類型的晶粒細化劑:二元Al-Ti合金、二元Al-B合金和三元Al-Ti-B合金。中間合金(晶粒細化劑)加入到鋁合金熔體中發(fā)生溶解，釋放出金屬間化合物相，成為外來形核核心。

在鋁合金中加入稀土，既可細化晶粒，也可明顯細化枝晶組 織(減小二次枝晶間距)，其最佳效果對應于不同的稀土含量。但是，其細化效果弱于Ti、B等元素。稀土加入的臨界值與合金的 熔煉、澆鑄條件有密切關系。只有在一定的生產(chǎn)工藝條件下，一定量的稀土才會有最好的細化效果。

采用一般細化劑，隨著鋁液 靜置時間的延長，細化效果逐漸衰退;采用 Al-5Ti-1B-10RE中間合金，稀土元素能阻止細化元素發(fā)生聚集、沉淀，對Ti、B的細化作用有一定的促進作用，可有效抑制鋁硅合金長時間靜置過程中晶粒尺寸的衰退，適合于大批量生產(chǎn)汽車鋁合金鑄件。

3.稀土對鋁硅合金的變質作用

鑄造Al-Si合金中Si相在自然生長條件下會長成塊狀或片狀的脆性相，它嚴重割裂基體，降低合金的強度和塑性，因而需要將它改變成有利的形態(tài)。變質處理使共晶Si由粗大的 片狀變成細小纖維狀或層片狀，從而提高合金性能。迄今已發(fā)現(xiàn)，堿金屬中的K、Na，堿土金屬中的Ca、Sr，稀土元素Eu、La、Ce和混合稀土，氮族元素Sb、Bi，氧族元素S、Te等均 具有變質作用。在Al-Si合金中，添加鋁 稀土中間合金或稀土氯化物和氟化物，可使共晶Si相由片條狀變成球粒狀。不同稀土的變質能力不同，大體上隨著原子半徑由大變小，變質能力由強變弱。

稀土變質劑具有很好的長效性和重熔穩(wěn)定性，吸氣傾向小，無污染、加入工藝簡便、 無腐蝕作用。研究結果表明，含La為0.056%變質后的合金，重熔10次，每次取樣進行金相檢驗，發(fā)現(xiàn)最終仍有變質效果，La的最終濃度仍有0.035%，仍處于最佳變質范圍之內。0.3 %混合稀土變質合金，重熔5次，發(fā)現(xiàn)最終仍有良好變質效果。

變質工藝直接影響著稀土的變質效果。對Al-Si合金，獲得穩(wěn)定變質組織的關鍵是減 少稀土的燒損，并防止稀土的偏聚，使稀土迅速均勻地擴散到鋁液中。稀土變質有一潛伏期 ，即必須在高溫下保持一定時間，稀土才能發(fā)揮最大變質作用。