鋁合金壓鑄零件的質量缺陷及改善措施

溫志聰

摘要：鑄造鋁合金為傳統的金屬材料，由于其密度小、比強度高等特點，廣泛應用于航空、航天、汽車、機械等行業。隨著現代工業及鑄造新技術的發展，對鑄造鋁合金零件的需求量及質量要求越來越高。壓力鑄造是近代金屬加工工藝中發展較快的一種先進的少、無切削的特種鑄造方法。本文就鋁合金壓鑄零件的質量缺陷及改善措施進行探討。僅供大家參考。

關鍵詞：鋁合金壓鑄零件；質量缺陷；改善措施

引言：壓力鑄造作為一種特殊的成形技術在許多行業和領域獲得了廣泛的應用，特別是對于規模生產的汽車、摩托車、內燃機、電子、儀表及航天等行業，已成為其不可或缺的組成部分。

1.鋁合金壓鑄技術概述

鋁是地殼中分布最廣、儲量最大的金屬元素，且鋁材屬于可再利用資源，有利于環境保護。純鋁呈銀白色，其熔點低，導電、導熱性好，耐腐蝕。鋁合金密度低、比重小、比強度大、導熱性好、耐腐蝕性好、價格低廉且易于成形，適合于加工各種型材，工業上的使用量僅次于鋼，是目前壓鑄業中用量最大的一類有色金屬結構材料。鋁合金具有熔點高、質量輕的特點，高熔點就意味著它可以作為耐高溫材料，被廣泛應用于各行各業，如發動機等；利用質量輕的優勢可以應用在航天器材方面，我國已經建造好的登月車，絕大多數就是用高強度鋁合金建造成的，這樣的例子還有很多，也正因為如此，鋁合金成為了汽車、航天等工業不可替代的金屬材料。

2.鋁合金壓鑄零件的質量缺陷及改善措施

2.1氣孔

氣孔是指在壓鑄件內部或表面出現的大小不等的孔眼、空穴，有光滑的表面，形狀多為圓形。氣孔的產生會導致壓鑄件硬度不足和影響表面美觀。

2.1.1壓鑄箱體螺栓孔周邊的氣孔現象

壓鑄鋁合金箱體上有很多螺栓孔、油孔以及各種安裝孔，這些直接影響發動機的裝配質量和使用性能，在壓鑄過程中需要嚴格控制其質量。

2.1.2產生原因

鋁合金箱體壓鑄時由于液態金屬充填型腔速度高，模具型腔內的氣體不易排出，容易殘留在鋁液中，鋁液冷卻凝固后殘留的氣體在鑄件內形成很小的氣泡，即氣孔。

在鋁合金壓鑄生產過程中，鋁液澆注的溫度一般在660℃左右，但是在這個溫度下鋁液中含有大量的氣體（主要氫氣），氫氣在鋁合金的溶解度與溫度密切相關，在此溫度下氣體含量約為0.69cm3/100g氣體的含量大約是常態下19-20倍，所以鋁合金凝固之后，這些氣體會大量析出導致鋁合金鑄件存有大量的氣孔。另外，因工藝造成的卷氣、離型劑發氣引起的氣孔也能占到相當的比例。

2.1.3改善措施

模具的排氣通道設計存在一定的結構問題或排氣孔排氣不順暢，在壓鑄過程中就會導致模具腔內的氣體無法完全排除。澆鑄系統設計也需要確認截面積是否逐漸減小。在鋁合金熔煉過程中保證精煉質量的有效措施。選擇適當的精煉劑，反應時氣泡均勻不斷地產生，然后通過物理吸附與鋁液中雜質進行有效地接觸并帶至表面。調整工藝，適當的降低低速；確認離型劑噴涂是否過多。基于以上原因可考慮使用真空壓鑄。

另外，在有加工工序的螺栓孔周圍的氣孔，小于螺紋長度1/3，且不在螺紋區域，對扭矩沒有影響，不會影響其使用性能，可以不用解決該處的氣孔問題。

2.2夾雜

2.2.1鐵、錳、鉻的作用

鋁合金熔煉時，經常發現由重元素組成的固態化合物沉積在爐床上，這種沉積物一般叫做爐渣。主要由含有鋁、硅和大量鐵、錳、鉻等在一定的溫度下的化合物晶粒構成，壓入鑄件就形成夾雜。這些晶粒熔點高、比重大，以致于沉積在爐床上。爐渣沉積會產生有害的結果，比如在鑄件中形成硬質點增加合金的粘模性，降低合金的流動性。從理論上講，當鐵量超過0.8%時，在含鐵過飽和的鋁液和模具鋼完全接觸的情況下，鐵不會溶入。因此，壓鑄鋁合金的含鐵量最好在0.81.0%之間。錳和鉻在壓鑄鋁合金中，錳和鉻往往是被當作雜質的。實際上，錳和鉻或它們化合后，可將含以鐵較多的相的組織從針狀改變成立方晶體。這樣，可提高壓鑄件的韌性和強度。

2.2.2氧化夾渣

除去重金屬形成的爐渣，另一部分夾雜的主要來源為氧化物，可分為一次氧化物，二次氧化物。一次氧化物是指在熔煉時未通過打渣殘留在鋁液中的氧化物，直接進入壓鑄件；二次氧化物是指在轉運、澆注中，形成紊流而與空氣接產生的氧化物進入壓鑄件。

2.2.3改善措施

嚴格控制鋁錠的成分，尤其是重金屬的含量不能超標，在來料檢驗時必須嚴格要求。另外，對熔煉爐要進行定期的爐床清理，在澆包轉運鋁水時，盡量減小震蕩，一是可以避免重金屬氧化物進入鋁溶液，二是避免與空氣的充分接觸形成二次氧化物。定期打渣，一般每爐待轉鋁液都要進行打渣處理，連續投料熔煉時，周期可根據實際情況調整。在澆包轉運時要平穩，避免濺起。在澆注時要控制低速，避免推進時形成紊流。

2.3縮孔

縮孔是指壓鑄件厚截面處出現形狀不規則的孔洞，孔的內壁粗糙。甚至可導致壓鑄件內局部出現蜂窩狀組織，影響鑄件強度。產品加工面孔洞外露。壓鑄鋁合金產品的外表面，有一層相當致密的組織，而工件內部會因為縮松現象出現一些細小的孔洞，如果加工量超過了致密層的厚度，孔洞就會明顯增加。

2.3.1產生原因

在壓鑄過程中鋁液被壓入并充滿型腔后鋁液開始凝固，由于模具表面的溫度較低并且伴有水冷，鋁液先從與模具接觸的表面開始凝固，在最外面先形成一層硬殼，然后逐漸向內開始凝固。鋁液隨著溫度的降低逐漸收縮體積變小，但鑄件的外表面已經形成了一層密封的硬殼，所以隨著鋁液的逐漸凝固，在最后凝固的位置會形成一些中空的空間，即縮孔。過大的壁厚造成內部冷卻凝固速度慢，液態金屬充滿型腔后，在收縮過程中得不到足量補充，容易發生在厚薄不均的鑄件上。

2.3.2改善措施

消除縮孔的方法可通過減少縮孔所在區域的壁厚，使其能夠快速均勻的凝固來實現，也可通過對鑄件和模具結構進行優化來實現。有時由于某區域的功能和結構原因，壁厚無法減薄，可以考慮增加鑄件加工預制孔深度來改變加工區域。從工藝角度來說，在該區域的模具上增加冷卻水路，加強冷卻，加快鋁液的凝固速度，以減小縮孔的體積，并把縮孔控制在非重要區域；還可以增加壓力提升組織的致密性。縮孔與氣孔一般不能100%的消除，只能去減少或轉移，甚至有時只是改變加工出現縮孔的問題。

2.4裂紋

鋁合金壓鑄件的基體被破壞或斷開，形成細長的縫隙（長度可達50mm，呈直線狀或波浪形的紋路等不規則形狀，在外力作用下有延伸的趨勢，這種缺陷稱為裂紋。

2.4.1產生原因

合金成分異常（如鎂含量過高），提高了粘模性，在頂出時拉模嚴重出現裂紋；在合金成分不變的前提下，溫度較高的狀態也是會產生裂紋，且周圍的組織有明顯的縮松現象。在冷卻凝固時，由于冷卻順序不同，外部的區域首先收縮對該處產生向外的拉應力，在縮松的部位造成裂紋。

2.4.2改善措施

正確控制合金成分，在某些情況下可在合金中加純鋁錠以降低合金中含鎂量或鋁合金中加鋁硅中間合金以提高硅含量；為緩解模具過熱，在該處模具內增加冷卻水路，通過水冷來降低該區域的模具溫度，保持模具熱平衡；改變鋁合金壓鑄件結構，加大圓角，改變起模斜度，減小出模難度，減少壁厚差；變更或增加頂出位置，使頂出受力均勻，消除局部受力過大。

2.5拉傷

沿開模方向鑄件表面呈線條狀的拉傷痕跡，有一定深度，嚴重時為整面拉傷；金屬液與模具表面粘和，導致鑄件表面缺料。

2.5.1產生原因

模具型腔表面有損傷；出模方向無斜度或斜度過小；頂出不平衡；模具松動；澆注溫度過高或過低，模具溫度過高導致合金液粘附；脫模劑使用效果不好；鋁合金成分含鐵量低于0.8%；冷卻時間過長或過短；壓鑄機平行度差。

2.5.2改善方式

修理模具表面損傷；修正斜度，提高模具表面光潔度；調整頂桿，使頂出力平衡；緊固模具；控制合理的澆注溫度和模具溫度180-500℃；更換脫模劑或用防拉傷涂料；調整鋁合金含鐵量；調整冷卻時間；修改內澆道，改變鋁液方向；調整壓鑄機平行度。