鑄造鋁合金鋁合金精煉技術(shù)

由于每一種缺陷的產(chǎn)生原因來(lái)自多個(gè)不同的影響因素，因此在實(shí)際生產(chǎn)中要解決問(wèn)題，面對(duì)眾多原因到底是非功過(guò)先調(diào)機(jī)?還是先換料?或先修改模具?建議按難易程度，先簡(jiǎn)后復(fù)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(jiǎn)單操作即可實(shí)施的措施。

2) 調(diào)整工藝參數(shù)、壓射力、壓射速度、充型時(shí)間、開(kāi)模時(shí)間，澆注溫度、模具溫度等。

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

4) 修改模具，修改澆注系統(tǒng)，增加內(nèi)澆口，增設(shè)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(jī)問(wèn)題:鎖模力調(diào)整不對(duì)。

2) 工藝問(wèn)題:壓射速度過(guò)高，形成壓力沖擊峰過(guò)高。

3)模具問(wèn)題:變形，分型面上雜物，鑲塊、滑塊有磨損不平齊，模板強(qiáng)度不夠。解決飛邊的措施順序:清理分型面→提高鎖模力→調(diào)整工藝參數(shù)→修復(fù)模具磨損部位→提高模具剛度。從易到難，每做一步改進(jìn)，先檢驗(yàn)其效果，不行再進(jìn)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(duì)精煉效果具有促進(jìn)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(duì)A356合金 流動(dòng)性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shì)，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(huì)使熔體流動(dòng)性提高，粘度降低，有利 于夾雜物和氣體的排除。

已研究開(kāi)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(guò)發(fā)生一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，不僅可使A356合金熔體720℃時(shí)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(qiáng)度提高7.27%，延伸率提高85.58%。但是，過(guò)量的稀土元素也會(huì)加劇富RE相的聚集，成為夾雜物，從而降低合金熔體的流動(dòng)性。

2.稀土對(duì)鋁合金的細(xì)化作用

有目的地抑制柱狀晶和雙柱狀晶生長(zhǎng)，促進(jìn)細(xì)小等軸晶形成，這種工藝過(guò)程就叫作晶粒細(xì)化處理。由于晶粒得以細(xì)化，合金的性能得到提高，同時(shí)還使縮松、熱裂、針孔等缺陷下降。細(xì)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(xì)化劑的外來(lái)形核質(zhì)點(diǎn)。目前，添加細(xì)化劑的方法成為最有效、最實(shí)用的方法。鑄造鋁合金中常用的共有三種類(lèi)型的晶粒細(xì)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(xì)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(lái)形核核心。

在鋁合金中加入稀土，既可細(xì)化晶粒，也可明顯細(xì)化枝晶組 織(減小二次枝晶間距)，其最佳效果對(duì)應(yīng)于不同的稀土含量。但是，其細(xì)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(guān)系。只有在一定的生產(chǎn)工藝條件下，一定量的稀土才會(huì)有最好的細(xì)化效果。

采用一般細(xì)化劑，隨著鋁液 靜置時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)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(xì)化元素發(fā)生聚集、沉淀，對(duì)Ti、B的細(xì)化作用有一定的促進(jìn)作用，可有效抑制鋁硅合金長(zhǎng)時(shí)間靜置過(guò)程中晶粒尺寸的衰退，適合于大批量生產(chǎn)汽車(chē)鋁合金鑄件。

3.稀土對(duì)鋁硅合金的變質(zhì)作用

鑄造Al-Si合金中Si相在自然生長(zhǎng)條件下會(huì)長(zhǎng)成塊狀或片狀的脆性相，它嚴(yán)重割裂基體，降低合金的強(qiáng)度和塑性，因而需要將它改變成有利的形態(tài)。變質(zhì)處理使共晶Si由粗大的 片狀變成細(xì)小纖維狀或?qū)悠瑺睿瑥亩岣吆辖鹦阅?。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(zhì)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(zhì)能力不同，大體上隨著原子半徑由大變小，變質(zhì)能力由強(qiáng)變?nèi)酢?/p>

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

變質(zhì)工藝直接影響著稀土的變質(zhì)效果。對(duì)Al-Si合金，獲得穩(wěn)定變質(zhì)組織的關(guān)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?cái)U(kuò)散到鋁液中。稀土變質(zhì)有一潛伏期 ，即必須在高溫下保持一定時(shí)間，稀土才能發(fā)揮最大變質(zhì)作用。

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(zhuǎn)角部位。斷口多呈灰白色或黃色，經(jīng)x光透視或在機(jī)械加工時(shí)發(fā)現(xiàn)，也可在堿洗、酸洗或陽(yáng)極化時(shí)發(fā)現(xiàn)

產(chǎn)生原因:

1.爐料不清潔，回爐料使用量過(guò)多

2.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良

3.合金液中的熔渣未清除干凈

4.澆注操作不當(dāng)，帶入夾渣

5.精煉變質(zhì)處理后靜置時(shí)間不夠

防止方法:

1.爐料應(yīng)經(jīng)過(guò)吹砂，回爐料的使用量適當(dāng)降低

2.改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高其擋渣能力

3.采用適當(dāng)?shù)娜蹌┤ピ?/p>

4.澆注時(shí)應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)并應(yīng)注意擋渣

5.精煉后澆注前合金液應(yīng)靜置一定時(shí)間

缺陷特征:三鑄件壁內(nèi)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(shí)呈油黃色。表面氣孔、氣泡可通過(guò)噴砂發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部氣孔 氣泡可通過(guò)X光透視或機(jī)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(jī)雜質(zhì)(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(shè)計(jì)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(jī)雜質(zhì)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(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

缺陷特征:鋁鑄件縮松一般產(chǎn)生在內(nèi)澆道附近飛冒口根部厚大部位、壁的厚薄轉(zhuǎn)接處和具有大平面的薄壁處。在鑄態(tài)時(shí)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(yán)重的呈絲狀縮松可通過(guò)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(bǔ)縮作用差

2.爐料含氣量太多

3.內(nèi)澆道附近過(guò)熱

4.砂型水分過(guò)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(dāng)

7.澆注溫度過(guò)高，澆注速度太快

防止方法:

1.從冒口補(bǔ)澆金屬液，改進(jìn)冒口設(shè)計(jì)

2.爐料應(yīng)清潔無(wú)腐蝕

3.鑄件縮松處設(shè)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(xì)化品粒的措施

6.改進(jìn)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(fù)雜的鑄件容易出現(xiàn)

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

產(chǎn)生原因:

1.鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，有尖角，壁的厚薄變化過(guò)于懸殊

2.砂型(芯)退讓性不良

3.鑄型局部過(guò)熱

4.澆注溫度過(guò)高

5.自鑄型中取出鑄件過(guò)早

6.熱處理過(guò)熱或過(guò)燒，冷卻速度過(guò)激

防止方法:

1.改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免尖角，壁厚力求均勻，圓滑過(guò)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(shí)凝固或順序凝固，改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.適當(dāng)降低澆注溫度

5.控制鑄型冷卻出型時(shí)間

6.鑄件變形時(shí)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(nèi)部。

(1)氣體來(lái)源

1) 合金液析出氣體-a與原材料有關(guān) b與熔煉工藝有關(guān)

2) 壓鑄過(guò)程中卷入氣體¬-a與壓鑄工藝參數(shù)有關(guān) b與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)

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

(2)原材料及熔煉過(guò)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(guò)程中，氫析出形成氣孔。

氫的來(lái)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(guò)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(shí)現(xiàn)有序、平穩(wěn)的流動(dòng)狀態(tài)，金屬液產(chǎn)生渦流，會(huì)把氣體卷進(jìn)去。

壓鑄工藝制定需考慮以下問(wèn)題:

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

2) 有沒(méi)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(huì)被堵住?氣體能否有效、順暢排出?

應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬充填過(guò)程，就是為了分析以上現(xiàn)象，以作判斷來(lái)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(duì)鑄件氣孔率有直接影響。

噴涂工藝:使用量過(guò)多，造成氣體揮發(fā)量大，沖頭潤(rùn)滑劑太多，或被燒焦，都是氣體的來(lái)源。

(5)解決壓鑄件氣孔的辦法

先分析出是什么原因?qū)е碌臍饪?，再?lái)取相應(yīng)的措施。

1) 干燥、干凈的合金料。

2) 控制熔煉溫度，避免過(guò)熱，進(jìn)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(diào)整高速切換起點(diǎn)。

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(zhǎng)度(>50mm)，以利于合金液平穩(wěn)流動(dòng)和氣體有機(jī)會(huì)排出?？筛淖儩部诤穸?、澆口方向、在形成氣孔的位置設(shè)置溢流槽、排氣槽。溢流品截面積總和不能小于內(nèi)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。