壓鑄鋁合金缸體漏氣原因分析

陳文斌

摘 要：鋁合金發動機缸體在壓鑄成型后，進行氣密性試驗時發現部分缸體漏氣。利用金相顯微鏡對漏氣部位進行分析，結果表明該試樣漏氣的主要原因是存在疏松、拉傷和致密層被破壞。

關鍵詞：壓鑄鋁合金；漏氣；疏松；拉傷；致密層

中圖分類號：TG249.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0100-02

隨著人們對環保、輕量化的要求日益提高，汽車中的許多關鍵部件，如發動機缸體等，逐漸轉向采用壓鑄生產。相比傳統的鑄造，壓力鑄造具有效率高、精度高、表面光潔度好、提高鑄件密度、節能省耗、工藝路線短等優點。但由于液體合金高速充型，快速冷卻等原因，壓鑄仍存在不少的鑄造缺陷，漏氣就是比較常見的缺陷之一。

1 試樣檢驗與對比

首先通過氣密性試驗來找到缸體的漏氣部位，然后截取該部位作為2#試樣。為了方便對比，同時在合格品缸體上相同部位截取試樣作為1#試樣。

1.1 致密層分析對比

首先對1#和2#的致密層進行了檢查并對比。使用10%的HF水溶液浸蝕，經金相分析（在200倍下，使用截點法）知1#試樣致密層平均晶粒度為12.0級，平均截距5.0120 μm；內部組織平均晶粒度為10.1級，平均截距9.5810 μm。致密層平均厚度為254 μm。經同樣方法處理，觀察2#該部位，發現表面也形成了致密層，但是致密程度比1#要差，而且厚度更薄。

同樣采用截點法，測得該致密層平均晶粒度為11.1級，平均截距6.7344 μm；內部平均晶粒度為10.1級，平均截距9.6724 μm，致密程度較低，該試樣致密層晶粒度僅與1#試樣致密層與內部組織中間的過渡層晶粒大小比較接近。2#試樣致密層平均厚度為80.69 μm，遠遠低于1#試樣的致密層。

1.2 疏 松

經檢驗知1#試樣情況良好，在整個截面上（直邊孔壁以及頂端圓頭）均未見疏松。而2#試樣在型芯頂端部位與直邊部位過渡段發現了一處貫穿致密層的疏松帶，如圖1、圖2所示。

1.3 拉 傷

經檢驗知1#試樣直壁部分情況良好，未見明顯拉傷。而2#試樣在直邊段約1/4處（從型芯頂端開始）發現了有致密層脫落，且剩余致密層向型芯脫離方向發生明顯變形，如圖2所示，變形段總長約1 mm，從該處開始到型芯頂端圓頭部位致密層均出現了表層脫落。

2 分析與討論

從以上的檢驗結果可以發現，主要是由以下原因導致了該發動機缸體的漏氣。

產品粘模導致表面出現拉傷、疏松以致出現漏氣現象。壓鑄金屬液填充的過程有三個階段，首先金屬液以接近內澆口橫截面的形狀進入型腔，先撞擊到對面的型壁，在該處沿著型壁向型腔四周擴展后返回澆口，在金屬液流過的型壁上形成鑄件的外殼（薄殼層）。隨后進入的金屬液沉積在薄殼層內，并繼續充填，直至充滿。最后在型腔完全充滿的同時，壓力通過余料中心部分尚未凝固的金屬液的傳遞而作用在鑄件上。這三個階段對鑄件質量所起的作用是不同的。第一階段是影響鑄件表面質量，第二階段是影響鑄件的硬度，第三階段是影響鑄件的強度。在該位置的型芯，應采用不同的材料或者脫模劑。對于該試樣來說，表面質量將直接影響到氣密性。不過導致粘模的原因很多，也可能是進入模具的金屬流的量相對過大、或者金屬流的溫度相對過高、或者金屬流以相對大的角度進入模具型腔，另外型芯的材質和脫模劑同樣重要。

因為在同樣的工藝條件下，同時有部分產品合格和部分產品漏氣，所以可以排除澆鑄壓力、溫度等方面的影響。由于該樣品模具本身結構的原因，該部位模具型腔與金屬流的相對角度并不大，同樣可以排除該原因。

另外，在前期的處理時就在模具表面形成了一層致密的氧化金屬膜，但是對于與模具面小的夾角沖擊而言，當模具表面受到金屬流的直接沖擊時更加容易破壞這層氧化膜而導致了部分缸體出現粘?，F象。不過通過顯微觀察，拉傷部位是出現在型芯接觸面，可以判斷與模具本身無關，應該是型芯的原因導致該部位出現了粘?，F象。而型芯出現粘模后，導致型芯頂端圓頭位置成型的缸體表面致密層被拉脫，而使該部位致密層絕大部分脫離，只留下了少量致密層及過渡帶，而導致缸體該部位實際上致密層的缺失。這使得該部位大大提升了在較高的壓力環境下出現漏氣的概率。而該位置出現的貫穿致密層的疏松帶更使得其漏氣的概率由偶然提升至必然。

由于型芯段復雜的模具腔道，當填充時會形成劇烈的湍流，從而對金屬流產生彌散作用，而當模具溫度低于熱平衡條件所應有的溫度時，會使得疏散效應更為強烈，在這種情況下表層就更加容易出現疏松現象。

對壓鑄工藝來說，模具溫度直接關系到了金屬液的流動狀態。模具溫度過低不但會使冷速過快，還容易導致壓鑄件表面出現各種缺陷，嚴重時會出現冷隔、欠鑄等缺陷。但也不能過高，因為較低的模具溫度能夠使鑄件表面快速凝固而使表面形成激冷層，達到組織細化的效果。當然，太低了就會使得鑄件在凝固后期表面快速凝固時合金液不能補縮，同時表面的快速凝固也使得模具中的氣體（真空壓鑄也還是有不少氣體的，因為現有真空壓鑄技術能達到8 kPa就已經算不錯了，畢竟壓鑄的時間非常短暫，這么短的時間很難抽出高真空）也來不及逸出，這樣就會使得鑄件中形成少量細小氣孔。模具溫度同樣不能過高，過高則會導致激冷效果減小，同時增大鑄件與鑄型之間的粘著力，更加容易出現粘模現象，故而應對模具預熱溫度再做優化。

后來經過更換型芯材質，采用高強度高熔點的的特殊材料型芯，并略微對模具的預熱溫度進行精細優化修正，并增加了部分冷卻管道后，同時優化了了部分用于流導的排氣管路，進一步提升了壓鑄工藝的真空度，之后該產品漏氣現象大大減少。

3 結 語

該試樣漏氣的原因主要是由于型芯出現了粘模現象而導致的表面拉傷、致密層缺失以及模具復雜腔段導致的疏散效應而造成的表層疏松。

參考文獻：

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