鋁合金壓鑄件缺陷的產(chǎn)生與控制

楊強(qiáng)華

凱斯曼秦皇島汽車零部件制造有限公司 河北秦皇島 066000

在鋁合金壓鑄件生產(chǎn)中，氣體被卷進(jìn)合金液中所造成的缺陷，直接影響鑄件的加工性能以及質(zhì)量。采用一般鑄法制作的鑄件，多數(shù)都存在因?yàn)闅怏w導(dǎo)致的缺陷。有些零件對(duì)氣密性有較高的要求，而且要求有高溫環(huán)境，若使用當(dāng)前常規(guī)的壓鑄件，采用普通生產(chǎn)方式，很難提高產(chǎn)品質(zhì)量。氣孔問(wèn)題，特別是扁形氣孔，在鑄件壁中出現(xiàn)。除了對(duì)零件的強(qiáng)度造成影響，若工作環(huán)境溫度上升，也會(huì)導(dǎo)致高壓氣體受熱膨脹，零件出現(xiàn)變形或者表面有凸泡的情況[1]。

1 鋁合金壓鑄件缺陷的產(chǎn)生

1.1 縮孔和縮松缺陷

縮孔和縮松缺陷通常出現(xiàn)在鑄件相鄰壁厚差大、凸臺(tái)和相貫線等壁厚不均勻的部位，也會(huì)出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特殊零件上。在開(kāi)發(fā)新型的GIS鑄件殼體階段，對(duì)試制殼體進(jìn)行水壓和氣密試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)樣品在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生漏水現(xiàn)象，肉眼可見(jiàn)缺陷且貫穿殼體壁。該鑄造殼體外廓長(zhǎng)1340mm×寬940mm×高703mm，壁厚11-15mm，質(zhì)量約為162kg，采用低壓砂型鑄造工藝，澆注充型壓力為0.13-0.15MPa。對(duì)漏水位置剖開(kāi)，發(fā)現(xiàn)剖開(kāi)截面上存有大面積縮孔缺陷，縮孔缺陷呈海綿狀分布，海綿狀的縮孔中伴有混雜異物。海綿狀的縮孔不僅會(huì)引起漏水和漏氣，還會(huì)導(dǎo)致壓力大幅降低。出現(xiàn)大面積縮孔缺陷位置處于壁厚分布不均勻處，缺陷位置位于殼體凸臺(tái)根部，凸臺(tái)處的冒凸臺(tái)得不到冒口的及時(shí)補(bǔ)縮，在冷卻過(guò)程中易因收縮不一致產(chǎn)生疏松，在凸臺(tái)根部形成縮孔。因此，在鋁合金氣密件鑄造制造中，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，澆注溫度過(guò)低，澆注速度過(guò)快時(shí)，會(huì)在局部肉厚和壁厚不均勻附近產(chǎn)生縮孔縮松缺陷。當(dāng)縮孔缺陷呈海綿狀分布時(shí)，縮孔缺陷對(duì)殼體氣密性和綜合力學(xué)性能的影響是致命的。

1.2 排氣不良

就鋁合金壓鑄來(lái)講，由于模具的排氣通道受阻，模具排氣設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺乏科學(xué)性和合理性，壓鑄過(guò)程中型腔中的氣體不能正常排出，導(dǎo)致在產(chǎn)品的一些固定位置出現(xiàn)氣孔。此種因?yàn)槟＞咝颓恢袣怏w產(chǎn)生的氣孔大小不一，氣孔中的內(nèi)壁呈鋁和空氣氧化的氧化色，不同于氫氣析出形成的氣孔，相對(duì)于空氣孔而言，氫氣析出氣孔內(nèi)壁較為粗糙，無(wú)氧化色，而是灰色的。對(duì)于由于排氣不順暢而形成的氣孔，需要對(duì)模具的排氣通道進(jìn)行合理改造，一旦發(fā)現(xiàn)模具排氣通道有很多殘留鋁皮，必須要立即將其清理干凈。

1.3 表面裂痕

表面裂痕主要指在填充時(shí)，因?yàn)椴涣疾僮饕鸬牧骱?、印記、拉傷等現(xiàn)象。流痕主要指鑄件表層光滑下的凹陷條紋，一般情況下，流痕方向與液態(tài)金屬流向相統(tǒng)一。印記指的是液態(tài)金屬在生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的劃傷、鑲塊或是拼接空隙等，部分頂出部位，或是鑄件表層的機(jī)械損壞等。拉傷指的是鋁合金壓鑄件脫模過(guò)程，產(chǎn)生的拉傷、拉痕或是黏膜傷痕等情況[2]。

2 鋁合金壓鑄件缺陷的產(chǎn)生的控制

2.1 改變沖頭油供給方式

原來(lái)沖頭油直接滴注在料筒里，與澆注后的鋁液直接接觸，難以避免沖頭油燃燒物被鋁液包裹。將沖頭油供給位置調(diào)整到?jīng)_頭的圓柱表面，并且由原來(lái)的滴注方式改為噴霧方式，在整個(gè)沖頭表面形成薄而均勻的油膜，既增加了潤(rùn)滑效果，又避免了沖頭油燃燒物被鋁液包裹的可能性。

2.2 縮孔形成的原因與控制方法

出現(xiàn)縮孔的原因在于，冷凝時(shí)鑄件中補(bǔ)償不夠造成的。部件壁太厚、澆鑄溫度太高、壓鑄工藝不科學(xué)、比壓太低、溢流槽容量不夠、壓室充滿度不夠、余料補(bǔ)償效果不好，或是內(nèi)澆口太小時(shí)，均會(huì)形成縮孔。為防止鋁合金壓鑄件出現(xiàn)縮孔缺陷，應(yīng)當(dāng)及時(shí)改進(jìn)部件結(jié)構(gòu)，盡可能保障部件厚度相同，厚度大的部位規(guī)劃點(diǎn)冷卻。根據(jù)嚴(yán)格的壓鑄指標(biāo)來(lái)處理，防止溫度下降，適當(dāng)加大比壓，增大溢流槽容量，完善澆鑄系統(tǒng)。對(duì)于溫度較高的模具，應(yīng)當(dāng)采用必要的冷卻手段。在合金液內(nèi)加入0.15%~0.2%的金屬鈦等晶粒細(xì)化劑，改善合金的縮孔產(chǎn)生傾向；改成體收縮率、線收縮率低的合金種類，或調(diào)節(jié)合金液，下降其收縮率和對(duì)合金作變質(zhì)處置；擴(kuò)大內(nèi)澆截面積，保障鑄件于壓力下硬化，避免內(nèi)澆太早硬化影響壓力傳送[3]。

2.3 確保鋁合金熔煉的精煉除氣質(zhì)量

在鋁合金壓鑄件中為了防止產(chǎn)生氣孔，也必須要確保鋁合金溶液的精煉除氣質(zhì)量合格，使用優(yōu)質(zhì)的精煉劑和除氣劑，降低鋁液中的含氣量，只要看到氧化物，比如：液面泡子以及浮渣等等，必須要迅速清除，避免又一次帶入氣體進(jìn)到壓鑄件內(nèi)。

2.4 壓鑄件的結(jié)構(gòu)要求科學(xué)

第一，確保壁厚均勻，防止出現(xiàn)熱節(jié)。第二，盡可能將零件厚壁位置的孔壓出來(lái)，進(jìn)而擴(kuò)大這個(gè)區(qū)域的散熱范圍，也可以通過(guò)型芯片與間隙相配合進(jìn)行排氣。第三，對(duì)由于結(jié)構(gòu)要求無(wú)法避免的熱節(jié)區(qū)，盡量對(duì)這個(gè)區(qū)域的充填條件以及壓力的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行改善，而且加大排氣條件。

3 結(jié)語(yǔ)

①縮松和冷隔缺陷是誘發(fā)產(chǎn)品漏氣和斷裂的主要原因，尤其是海綿狀縮松和大尺寸的冷隔缺陷，極易造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致強(qiáng)度大幅度下降，嚴(yán)重影響綜合力學(xué)性能。②縮松缺陷面積對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響曲線可以分為三個(gè)區(qū)域：快速下降區(qū)、平緩下降區(qū)和快速下降區(qū)，同時(shí)隨縮松缺陷面積增大，伸長(zhǎng)率呈線性下降趨勢(shì)。③局部彌散分布的氣孔（針孔）對(duì)鋁合金殼體氣密性和強(qiáng)度基本沒(méi)有影響，通過(guò)應(yīng)力（應(yīng)變）電測(cè)法試驗(yàn)進(jìn)一步表明在升降壓過(guò)程中氣孔對(duì)應(yīng)力變化影響很小，殼體強(qiáng)度不受局部彌散分布的氣孔（針孔）缺陷的影響。