鋁鑄造的工藝介紹

由于鋁合金各組元不同，從而表現(xiàn)出合金的物理、化學(xué)性能均有所不同，結(jié)晶過程也不盡相同。故必須針對鋁合金特性，合理選擇鑄造方法，才能防止或在許可范圍內(nèi)減少鑄造缺陷的產(chǎn)生，從而優(yōu)化鑄件。

1、鋁鑄造工藝性能

鋁鑄造工藝性能，通常理解為在充滿鑄型、結(jié)晶和冷卻過程中表現(xiàn)突出的那些性能的綜合。流動性、收縮性、氣密性、鑄造應(yīng)力、吸氣性。鋁合金這些特性取決于合金的成分，但也與鑄造因素、合金加熱溫度、鑄型的復(fù)雜程度、澆冒口系統(tǒng)、澆口形狀等有關(guān)。

(1)流動性

流動性是指合金液體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鑄造復(fù)雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性好。

影響流動性的因素很多，主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他污染物的固相顆粒，但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力（俗稱澆注壓頭）的高低。

(2)收縮性

收縮性是鑄造鋁合金的主要特征之一。一般講，合金從液體澆注到凝固，直至冷到室溫，共分為三個階段，分別為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。合金的收縮性對鑄件質(zhì)量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小、應(yīng)力的產(chǎn)生、裂紋的形成及尺寸的變化。通常鑄件收縮又分為體收縮和線收縮，在實(shí)際生產(chǎn)中一般應(yīng)用線收縮來衡量合金的收縮性。鋁合金收縮大小，通常以百分?jǐn)?shù)來表示，稱為收縮率。

①體收縮

體收縮包括液體收縮與凝固收縮。

鑄造合金液從澆注到凝固，在凝固的地方會出現(xiàn)宏觀或顯微收縮，這種因收縮引起的宏觀縮孔肉眼可見，并分為集中縮孔和分散性縮孔。集中縮孔的孔徑大而集中，并分布在鑄件頂部或截面厚大的熱節(jié)處。分散性縮孔形貌分散而細(xì)小，大部分分布在鑄件軸心和熱節(jié)部位。顯微縮孔肉眼難以看到，顯微縮孔大部分分布在晶界下或樹枝晶的枝晶間。

縮孔和疏松是鑄件的主要缺陷之一，產(chǎn)生的原因是液態(tài)收縮大于固態(tài)收縮。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，鑄造鋁合金凝固范圍越小，越易形成集中縮孔，凝固范圍越寬，越易形成分散性縮孔，因此，在設(shè)計(jì)中必須使鑄造鋁合金符合順序凝固原則，即鑄件在液態(tài)到凝固期間的體收縮應(yīng)得到合金液的補(bǔ)充，是縮孔和疏松集中在鑄件外部冒口中。對易產(chǎn)生分散疏松的鋁合金鑄件，冒口設(shè)置數(shù)量比集中縮孔要多，并在易產(chǎn)生疏松處設(shè)置冷鐵，加大局部冷卻速度，使其同時或快速凝固。

②線收縮

線收縮大小將直接影響鑄件的質(zhì)量。線收縮越大，鋁鑄件產(chǎn)生裂紋與應(yīng)力的趨向也越大；冷卻后鑄件尺寸及形狀變化也越大。

對于不同的鑄造鋁合金有不同的鑄造收縮率，即使同一合金，鑄件不同，收縮率也不同，在同一鑄件上，其長、寬、高的收縮率也不同。應(yīng)根據(jù)具體情況而定。

(3)熱裂性

鋁鑄件熱裂紋的產(chǎn)生，主要是由于鑄件收縮應(yīng)力超過了金屬晶粒間的結(jié)合力，大多沿晶界產(chǎn)生從裂紋斷口觀察可見裂紋處金屬往往被氧化，失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形，表面較寬，內(nèi)部較窄，有的則穿透整個鑄件的端面。

不同鋁合金鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向也不同，這是因?yàn)殍T鋁合金凝固過程中開始形成完整的結(jié)晶框架的溫度與凝固溫度之差越大，合金收縮率越大，產(chǎn)生熱裂紋傾向也越大，即使同一種合金也因鑄型的阻力、鑄件的結(jié)構(gòu)、澆注工藝等因素產(chǎn)生熱裂紋傾向也不同。生產(chǎn)中常采用退讓性鑄型，或改進(jìn)鑄鋁合金的澆注系統(tǒng)等措施，使鋁鑄件避免產(chǎn)生裂紋。通常采用熱裂環(huán)法檢測鋁鑄件熱裂紋。

(4)氣密性

鑄鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性實(shí)際上表征了鑄件內(nèi)部組織致密與純凈的程度。

鑄鋁合金的氣密性與合金的性質(zhì)有關(guān)，合金凝固范圍越小，產(chǎn)生疏松傾向也越小，同時產(chǎn)生析出性氣孔越小，則合金的氣密性越高。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞，還與鑄造工藝有關(guān)，如降低鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結(jié)晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。

(5)鑄造應(yīng)力

鑄造應(yīng)力包括熱應(yīng)力、相變應(yīng)力及收縮應(yīng)力三種。各種應(yīng)力產(chǎn)生的原因不盡相同。

①熱應(yīng)力

熱應(yīng)力是由于鑄件不同的幾何形狀相交處斷面厚薄不均，冷卻不一致引起的。在薄壁處形成壓應(yīng)力，導(dǎo)致在鑄件中殘留應(yīng)力。

②相變應(yīng)力

相變應(yīng)力是由于某些鑄鋁合金在凝固后冷卻過程中產(chǎn)生相變，隨之帶來體積尺寸變化。主要是鋁鑄件壁厚不均，不同部位在不同時間內(nèi)發(fā)生相變所致。

③收縮應(yīng)力

鋁鑄件收縮時受到鑄型、型芯的阻礙而產(chǎn)生拉應(yīng)力所致。這種應(yīng)力是暫時的，鋁鑄件開箱是會自動消失。但開箱時間不當(dāng)，則常常會造成熱裂紋，特別是金屬型澆注的鋁合金往往在這種應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生熱裂紋。

鑄鋁合金件中的殘留應(yīng)力降低了合金的力學(xué)性能，影響鑄件的加工精度。鋁鑄件中的殘留應(yīng)力可通過退火處理消除。合金因?qū)嵝院?，冷卻過程中無相變，只要鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，鋁鑄件的殘留應(yīng)力一般較小。

(6)吸氣性

鋁合金易吸收氣體，是鑄造鋁合金的主要特性。液態(tài)鋁及鋁合金的組分與爐料、有機(jī)物燃燒產(chǎn)物及鑄型等所含水分發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的氫氣被鋁液體吸收所致。

鋁合金熔液溫度越高，吸收的氫也越多；在700℃時，每100g鋁中氫的溶解度為0.5～0.9，溫度升高到850℃時，氫的溶解度增加2～3倍。當(dāng)含堿金屬雜質(zhì)時，氫在鋁液中的溶解度顯著增加。

鑄鋁合金除熔煉時吸氣外，在澆入鑄型時也會產(chǎn)生吸氣，進(jìn)入鑄型內(nèi)的液態(tài)金屬隨溫度下降，氣體的溶解度下降，析出多余的氣體，有一部分逸不出的氣體留在鑄件內(nèi)形成氣孔，是通常稱的“針孔”。氣體有時會與縮孔結(jié)合在一起，鋁液中析出的氣體留在縮孔內(nèi)。若氣泡受熱產(chǎn)生的壓力很大，則氣孔表面光滑，孔的周圍有一圈光亮層；若氣泡產(chǎn)生的壓力小，則孔內(nèi)表面多皺紋，看上去如“蒼蠅腳”，仔細(xì)觀察又具有縮孔的特征。

鑄鋁合金液中含氫量越高，鑄件中產(chǎn)生的針孔也越多。鋁鑄件中針孔不僅降低了鑄件的氣密性、耐蝕性，還降低了合金的力學(xué)性能。要獲得無氣孔或少氣孔的鋁鑄件，關(guān)鍵在于熔煉條件。若熔煉時添加覆蓋劑保護(hù)，合金的吸氣量大為減少。對鋁熔液作精煉處理，可有效控制鋁液中的含氫量。

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