铝合金铸造工艺 一、铸造概论 铝合金 铸造种类以下： 因为铝合金各组元不一样，从而表现出合金物理、化学性能全部有所不一样，结晶过程也不完全一样。故必需针对铝合金特征，合理选择铸造方法，才能预防或在许可范围内降低铸造缺点产生，从而优化铸件。 1、铝合金铸造工艺性能 铝合金 铸造工艺性能，通常了解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出那些性能综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特征取决于合金成份，但也和铸造原因、合金加热温度、铸型复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等相关。 (1)流动性 流动性是指合金液体充填铸型能力。流动性大小决定合金能否铸造复杂铸件。在铝合金晶合金流动性最好。 影响流动性原因很多，关键是成份、温度和合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其它污染物固相颗粒，但外在最终的原因为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）高低。 (2)收缩性 收缩性是铸造铝合金关键特征之一。通常讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金收缩性对铸件质量有决定性影响，它影响着铸件缩孔大小、应力产生、裂纹形成及尺寸改变。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中通常应用线收缩来衡量合金收缩性。 铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。 ①体收缩 体收缩包含液体收缩和凝固收缩。 铸造合金液从浇注到凝固，在最终凝固地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引发宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔孔径大而集中，并分布在铸件顶部或截面厚大热节处。分散性缩孔形貌分散而细小，大部分分布在铸件轴心和热节部位。显微缩孔肉眼难以看到，显微缩孔大部分分布在晶界下或树枝晶枝晶间。 缩孔和疏松是铸件关键缺点之一，产生原因是液态收缩大于固态收缩。生产中发觉，铸造铝合金凝固范围越小，越易形成集中缩孔，凝固范围越宽，越易形成份散性缩孔，所以，在设计中必需使铸造铝合金符合次序凝固标准，即铸件在液态到凝固期间体收缩应得到合金液补充，是缩孔和疏松集中在铸件外部冒口中。对易产生分散疏松铝合金铸件，冒口设置数量比集中缩孔要多，并在易产生疏松处设置冷铁，加大局部冷却速度，使其同时或快速凝固。 ②线收缩 线收缩大小将直接影响铸件质量。线收缩越大，铝铸件产生裂纹和应力趋向也越大；冷却后铸件尺寸及形状改变也越大。 对于不一样铸造铝合金有不一样铸造收缩率，即使同一合金，铸件不一样，收缩率也不一样，在同一铸件上，其长、宽、高收缩率也不一样。应依据详细情况而定。 (3)热裂性 铝铸件热裂纹产生，关键是因为铸件收缩应力超出了金属晶粒间结协力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有则穿透整个铸件端面。 不一样铝合金铸件产生裂纹倾向也不一样，是因为铸铝合金凝固过程中开始形成完整结晶框架温度和凝固温度之差越大，合金收缩率就越大，产生热裂纹倾向也越大，即使同一个合金也因铸型阻力、铸件结构、浇注工艺等原因产生热裂纹倾向也不一样。生产中常采取退让性铸型，或改善铸铝合金浇注系统等方法，使铝铸件避免产生裂纹。通常采取热裂环法检测铝铸件热裂纹。 (4)气密性 铸铝合金气密性是指腔体型铝铸件在高压气体或液体作用下不渗漏程度，气密性实际上表征了铸件内部组织致密和纯净程度。 铸铝合金气密性和合金性质相关，合金凝固范围越小，产生疏松倾向也越小，同时产生析出性气孔越小，则合金气密性就越高。同一个铸铝合金气密性好坏，还和铸造工艺相关，如降低铸铝合金浇注温度、放置冷铁以加紧冷却速度和在压力下凝固结晶等，均可使铝铸件气密性提升。也可用浸渗法堵塞泄露空隙来提升铸件气密性。 (5)铸造应力 铸造应力包含热应力、相变应力及收缩应力三种。多种应力产生原因不完全一样。 ①热应力 热应力是因为铸件不一样几何形状相交处断面厚薄不均，冷却不一致引发。在薄壁处形成压应力，造成在铸件中残留应力。 ②相变应力 相变应力是因为一些铸铝合金在凝固后冷却过程中产生相变，随之带来体积尺寸改变。关键是铝铸件壁厚不均，不一样部位在不一样时间内发生相变所致。 ③收缩应力 铝铸件收缩时受到铸型、型芯阻碍而产生拉应力所致。这种应力是临时，铝铸件开箱是会自动消失。但开箱时间不妥，则常常会造成热裂纹，尤其是金属型浇注铝合金往往在这种应力作用下轻易产生热裂纹。 铸铝合金件中残留应力降低了合金力学性能，影响铸件加工精度。铝铸件中残留应力可经过退火处理消除。合金因导热性好，冷却过程中无相变，只要铸件结构设计合理，铝铸件残留应力通常较小。 (6)吸气性 铝合金易吸收气体，是铸造铝合金关键特征。液态铝及铝合金组分和炉料、有机物燃烧产物及铸型等所含水分发生反应而产生氢气被铝液体吸收所致。 铝合金熔液温度越高，吸收氢也越多；在700℃时，每100g铝中氢溶解度为0.5～0.9，温度上升到850℃时，氢溶解度增加2～3倍。当含碱金属杂质时，氢在铝液中溶解度明显地增加。 铸铝合金除熔炼时吸气外，在浇入铸型时也会产生吸气，进入铸型内液态金属随温度下降，气体溶解度下降，析出多出气体，有一部分逸不出气体留在铸件内形成气孔，这就是通常称“针孔”。气体有时会和缩孔结合在一起，铝液中析出气体留在缩孔内。若气泡受热产生压力很大，则气孔表面十分光滑，孔周围有一圈光亮层；若气泡产生压力小，则孔内表面多皱纹，看上去如“苍蝇脚”，仔仔细细地观察又含有缩孔特征。 铸铝合金液中含氢量越高，铸件中产生针孔也越多。铝铸件中针孔不仅降低了铸件气密性、耐蚀性，还降低了合金力学性能。要取得无气孔或少气孔铝铸件，重点是熔炼条件。若熔炼时添加覆盖剂保护，合金吸气量大为降低。对铝熔液作精炼处理，可有效控制铝液中含氢量。 二、砂型铸造 采取砂粒、粘土及其它辅助材料制造成铸型铸造方法称为砂型铸造。砂型材料统称为造型材料。有色金属应用砂型由砂子、粘土或其它粘结剂和水配制而成。 铝铸件成型的过程是金属和铸型相互作用过程。铝合金液注入铸型后将热量传输给铸型，砂模铸型受到液体金属热作用、机械作用、化学作用。所以要取得优质铸件除严格掌握熔炼工艺外，还必需正确设计型（芯）砂配比、造型及浇注等工艺。 三、金属型铸造 1、介绍及工艺步骤 金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造，是将熔炼好铝合金浇入金属型中取得铸件方法，铝合金金属型铸造大多采取金属型芯，也可采取砂芯或壳芯等方法，和压力铸造相比，铝合金金属型常规使用的寿命长。 2、铸造优点 (1)优点 金属型冷却速度较快，铸件组织较致密，可进行热处理强化，力学性能比砂型铸造高15%左右。 金属型铸造，铸件质量稳定，表面粗糙度优于砂型铸造，废品率低。 劳动条件好，生产率高，工人易于掌握。 (2)缺点 金属型导热系数大，充型能力差。 金属型本身无透气性。必需采取对应方法才能够有效排气。 金属型无退让性，易在凝固时产生裂纹和变形。 3、金属型铸件常见缺点及预防 (1)针孔 预防产生针孔方法： 严禁使用被污染铸造铝合金材料、沾有有机物及被严重氧化腐蚀材料。 控制熔炼工艺，加强除气精炼。 控制金属型涂料厚度，过厚易产生针孔。 模具的温度不宜太高，对铸件厚壁部位采取激冷方法，如镶铜块或浇水等。 采取砂型时严控水分，尽可能用干芯。 (2)气孔 预防气孔产生方法： 修改不合理浇冒口系统，使液流平稳，避免气体卷入。 模具和型芯应预先预热，后上涂料，结束后必需要烘透方可使用。 设计模具和型芯应考虑足够排气方法。 (3)氧化夹渣 预防氧化夹渣方法： 严控熔炼工艺，快速熔炼，降低氧化，除渣根本。Al－Mg合金必需在覆盖剂下熔炼。 熔炉、工具要清洁，不得有氧化物，并应预热，涂料涂后应烘干使用。 设计浇注系统必需有稳流、缓冲、撇渣能力。 采取倾斜浇注系统，使液流稳定，不产生二次氧化。 选择涂料粘附力要强，浇注过程中不产生剥落而进入铸件中形成夹渣。 (4)热裂 预防产生热裂方法： 实际浇注系统时应避免局部过热，降低内应力。 模具及型芯斜度必需确保在2°以上，浇冒口一经凝固即可抽芯开模，必需时可用砂芯替换金属型芯。 控制涂料厚度，使铸件各部分冷却速度一致。 依据铸件厚薄情况选择正真适合模温。 细化合金组织，提升热裂能力。 改善铸件结构，消除尖角及壁厚突变，降低热裂倾向。 (5)疏松 预防产生疏松方法： 合理冒口设置，确保其凝固，且有补缩能力。 合适调低金属型模具工作时候的温度。 控制涂层厚度，厚壁处减薄。 调整金属型各部位冷却速度，使铸件厚壁处有较大激冷能力。 合适降低金属浇注温度。
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