鑄造鋁合金的分類 鑄造鋁合金的優(yōu)缺點(diǎn)

一、鑄造鋁合金的分類

據(jù)主要合金元素差異有四類鑄造鋁合金。

(1)鋁硅系合金，也叫“硅鋁明”或“矽鋁明”。有良好鑄造性能和耐磨性能，熱脹系數(shù)小，在鑄造鋁合金中品種最多，用量最大的合金，含硅量在4%～13%。有時(shí)添加0.2%～0.6%鎂的硅鋁合金，廣泛用于結(jié)構(gòu)件，如殼體、缸體、箱體和框架等。有時(shí)添加適量的銅和鎂，能提高合金的力學(xué)性能和耐熱性。此類合金廣泛用于制造活塞等部件。

(2)鋁銅合金，含銅4.5%～5.3%合金強(qiáng)化效果最佳，適當(dāng)加入錳和鈦能顯著提高室溫、高溫強(qiáng)度和鑄造性能。主要用于制作承受大的動(dòng)、靜載荷和形狀不復(fù)雜的砂型鑄件。

(3)鋁鎂合金，密度最小(2.55g/cm3)，強(qiáng)度最高(355MPa左右)的鑄造鋁合金，含鎂12%，強(qiáng)化效果最佳。合金在大氣和海水中的抗腐蝕性能好，室溫下有良好的綜合力學(xué)性能和可切削性，可用于作雷達(dá)底座、飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、螺旋槳、起落架等零件，也可作裝飾材料。

(4)鋁鋅系合金，為改善性能常加入硅、鎂元素，常稱為“鋅硅鋁明”。在鑄造條件下，該合金有淬火作用，即“自行淬火”。不經(jīng)熱處理就可使用，以變質(zhì)熱處理后，鑄件有較高的強(qiáng)度。經(jīng)穩(wěn)定化處理后，尺寸穩(wěn)定，常用于制作模型、型板及設(shè)備支架等。

鑄造鋁合金具有與變形鋁合金相同的合金體系，具有與變形鋁合金相同的強(qiáng)化機(jī)理﹙除應(yīng)變強(qiáng)化外﹚，他們主要的差別在于：鑄造鋁合金中合金化元素硅的最大含量超過多數(shù)變形鋁合金中的硅含量。鑄造鋁合金除含有強(qiáng)化元素之外，還必須含有足夠量的共晶型元素﹙通常是硅﹚，以使合金有相當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，易與填充鑄造時(shí)鑄件的收縮縫。目前基本的合金只有以下6類；

①AI-Cu合金,②AI-Cu-Si合金③AI-Si合金，④AI-Mg合金，⑤AI-Zn-Mg合金，⑥AI-Sn合金。

二、鑄造鋁合金的優(yōu)缺點(diǎn)

鑄造鋁合金優(yōu)點(diǎn)：

1、產(chǎn)品質(zhì)量好：鑄件尺寸精度高，一般相當(dāng)于6~7級(jí)，甚至可達(dá)4級(jí);表面光潔度好，一般相當(dāng)于5~8級(jí);強(qiáng)度和硬度較高，強(qiáng)度一般比砂型鑄造提高25~30%，但延伸率降低約70%;尺寸穩(wěn)定，互換性好;可壓鑄鋁薄壁復(fù)雜的鑄件。例如，當(dāng)前鋅合金壓鑄鋁件最小壁厚可達(dá)0.3mm;鋁合金鑄件可達(dá)0.5mm;最小鑄出孔徑為0.7mm;最小螺距為0.75mm。

2、生產(chǎn)效率高：機(jī)器生產(chǎn)率高，例如國(guó)產(chǎn)JⅢ3型臥式冷空壓鑄鋁機(jī)平均八小時(shí)可壓鑄鋁600～700次，小型熱室壓鑄鋁機(jī)平均每八小時(shí)可壓鑄鋁3000~7000次;壓鑄鋁型壽命長(zhǎng)，一付壓鑄鋁型，壓鑄鋁鐘合金，壽命可達(dá)幾十萬次，甚至上百萬次;易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

3、經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良：由于壓鑄鋁件尺寸精確，表泛光潔等優(yōu)點(diǎn)。一般不再進(jìn)行機(jī)械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設(shè)備和工時(shí);鑄件價(jià)格便宜;可以采用組合壓鑄鋁以其他金屬或非金屬材料。既節(jié)省裝配工時(shí)又節(jié)省金屬。

鑄造鋁合金缺點(diǎn)：

A 氧化夾渣

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?/span>

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

B 氣孔氣泡

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、氣泡可通過噴砂發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部氣孔氣泡可通過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)

C 縮松

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(dāng)

7．澆注溫度過高，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

D 裂紋

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：由于熱處理過燒或過熱引起，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(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(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

三、壓鑄件缺陷之氣孔分析

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(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(duì)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(rùn)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?qū)е碌臍饪祝賮砣∠鄳?yīng)的措施。

1）干燥、干凈的合金料。

2）控制熔煉溫度，避免過熱，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。可改變澆口厚度、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。