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必知！鋁合金壓鑄過程中，如何減少氣孔產(chǎn)生降低廢品率？

2021-12-09 14:50:35 來源：鋁加工

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簡介：壓鑄鋁合金有良好的使用性能和工藝性能,因此鋁合金的壓鑄發(fā)展迅速，在各個(gè)工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他有色合金，在壓鑄生產(chǎn)中占有極其重要的地位。鋁合金壓鑄生產(chǎn)的工件常因氣孔存在而導(dǎo)致報(bào)廢。產(chǎn)生氣孔的原因很多，在解決這一產(chǎn) 品質(zhì)量問題時(shí)常常無從下手，如何快速、正確地采取措施減少因氣孔而造成的廢品率，這是各鋁合金壓鑄廠所關(guān)注的問題。

壓鑄鋁合金有良好的使用性能和工藝性能,因此鋁合金的壓鑄發(fā)展迅速，在各個(gè)工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他有色合金，在壓鑄生產(chǎn)中占有極其重要的地位。鋁合金壓鑄生產(chǎn)的工件常因氣孔存在而導(dǎo)致報(bào)廢。產(chǎn)生氣孔的原因很多，在解決這一產(chǎn) 品質(zhì)量問題時(shí)常常無從下手，如何快速、正確地采取措施減少因氣孔而造成的廢品率，這是各鋁合金壓鑄廠所關(guān)注的問題。
一、壓鑄鋁合金的性能及分類
長期以來,在我國由于壓鑄件本身中總是存在氣孔的缺陷，所以它們經(jīng)常地只是局限于一些裝飾零件,受載荷不大的零件制造,故壓鑄鋁合金的牌號發(fā)展一直停留在幾個(gè)型號上。但是,隨著生產(chǎn)的發(fā)展,壓鑄技術(shù)的掌握，人們在擴(kuò)大壓鑄件的應(yīng)用范圍方面提出了更多的要求，如在自行車減輕自重的結(jié)構(gòu)改進(jìn)中,很重要的措施之一就是用鋁合金代替鋼材制作自行車的零件。
壓鑄鋁合金除了應(yīng)滿足所制零件的工作性能要求外,為了能順利地進(jìn)行壓力鑄造,它還應(yīng)具有如下的性能:
(1)在過熱度不高,甚至處于固、液相線溫度范圍內(nèi)時(shí),它應(yīng)有較好的塑性體流變性能,即在壓力作用下，貌似粘稠的鋁合金液仍具有優(yōu)良的流動(dòng)性,便于填充復(fù)雜的型腔,保證良好的壓鑄件表面質(zhì)量.減少鑄件內(nèi)的收縮孔洞。同時(shí)改善壓鑄型的工作狀況,提高其工作壽命;(2)線收縮率小，并且有-定的高溫強(qiáng)度，以免鑄件產(chǎn)生裂紋和變形，提高鑄件尺寸精度;(3)結(jié)晶溫度范圍小，可以減少鑄件中收縮孔洞產(chǎn)生的可能性;(4)具有-定的高溫固態(tài)強(qiáng)度，防止模具開模時(shí)推出鑄件產(chǎn)生變形或破裂;(5)在常溫下應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，以盡可能提高壓鑄件的機(jī)械強(qiáng)度和表面硬度;(6)與壓鑄型不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，親和力小，防止粘型和鑄件、鑄型相互合金化;(7)在高溫熔融狀態(tài)下不易吸氣、氧化,以便能滿足壓鑄時(shí)需長期保溫的要求。壓鑄鋁合金有良好的使用性能和工藝性能，因此鋁合金的壓鑄發(fā)展迅速，在各個(gè)工業(yè)部門中得到廣泛的應(yīng)用，用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他有色合金，在壓鑄生產(chǎn)中占有極其重要的地位按所含基本元素可將鑄造鋁合金分為A1-Si合金\l1-Cu合金、A1-Mg合金、A1-In合金。
1.1 A1-Si 合金
由于共晶Al-Si合金具有結(jié)晶溫度間隔小、合金中硅相有很大的凝固潛熱和較大的比熱容、其線收縮系數(shù)也比較小的特點(diǎn)，因此其鑄造性能一般要比其他鋁合金的好，其充型性能也好，熱裂、縮松傾向比較小。A1-Si共晶體中所含的脆性相(硅相)數(shù)量最少，質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為10%左右，因而其塑性比其他鋁合金好，組織中僅存的脆性相還可通過變質(zhì)處理降低其脆性。實(shí)驗(yàn)表明A1-Si共晶體在其凝固點(diǎn)附近溫度仍保持良好的塑性，這是其他鋁合金所沒有的。
鑄造合金組織中常要有相當(dāng)數(shù)量的共晶體，以保證其良好的鑄造性能;共晶體數(shù)量的增加又會使合金變脆而降低力學(xué)性能，兩者之間存在-定的矛盾。但是由于A1-Si共晶體有良好的塑性，能較好地兼顧力學(xué)性能和鑄造性能兩方面的要求，所以A1-Si合金是目前應(yīng)用最為廣泛的壓鑄鋁合金。
我國壓鑄鋁合金品種中，絕大多數(shù)以A1-Si合金為主，這類合金存在強(qiáng)度較低、切削性能不夠好、螺紋加工困難等現(xiàn)象，所以近年來我國正在開發(fā)高強(qiáng)度合金。
1.2 A1-Zn合金
Al-Zn合:金合金壓鑄件經(jīng)自然時(shí)效后，可獲得較高的力學(xué)性能。當(dāng)其鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%時(shí)，強(qiáng)度顯著提高。此合金的缺點(diǎn)是耐腐蝕性差，有應(yīng)力腐蝕的傾向，壓鑄時(shí)易熱裂。常用的Y401合金流動(dòng)性好，易充滿型腔，缺點(diǎn)是形成氣孔的傾向性大，硅、鐵含量較少時(shí)，易熱裂。
1.3 A1-Mg合金
A1-Mg合金的性能特點(diǎn)是:室溫力學(xué)性能好;抗蝕性強(qiáng);鑄造性能比較差;力學(xué)性能的波動(dòng)和壁厚效應(yīng)都比較大;長期使用時(shí)，有因時(shí)效作用而使合金的塑.性下降，甚至壓鑄件出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象;壓鑄件產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向也較大等。Al-Mg合金的缺點(diǎn)部分抵消了它的優(yōu)點(diǎn)，使其在應(yīng)用方面受到-定的影響。
1.4 特殊性能的壓鑄鋁合金
國內(nèi)外研制的特殊性能的壓鑄鋁合金有：
裝飾型A1一Mh合金:適用于陽極氧化處理和著色處理，伸長率高，還具有相當(dāng)?shù)哪臀g性。但其強(qiáng)度不高，收縮率大，易粘模。
熱處理型A1- -Si -Cu合金:可進(jìn)行淬火后不完全人工時(shí)效和淬火后完全人工時(shí)效至最大硬度。
此外還有表面處理和熱處理復(fù)合型的A1- -Mn -zn合金、耐磨型過共晶A1- Si合金和防爆防振型A1-zn合金等。另外還有壓鑄鋁合金復(fù)合材料，目前尚未普遍生產(chǎn)與應(yīng)用。
二、壓鑄件的氣孔缺陷及產(chǎn)生原因
在鋁合金壓鑄生產(chǎn)中，人們?；\統(tǒng)地把產(chǎn)品的孔洞稱之為氣孔，產(chǎn)生氣孔的原因很多，歸結(jié)起來可以分為以下幾類，分別為由于精煉除氣質(zhì)量不良產(chǎn)生的氣孔、因排氣不良產(chǎn)生的氣孔、因壓鑄參數(shù)不當(dāng)造成卷氣而產(chǎn)生的氣孔、鋁合金的縮氣孔、因產(chǎn)品壁厚差過大而引起的氣孔?，F(xiàn)對其進(jìn)行具體分析。
2.1 精煉除氣質(zhì)量不良產(chǎn)生的氣孔
在鋁合金壓鑄生產(chǎn)中，熔化了的鋁液澆注溫度一般常在610-660C，在此溫度下，鋁液中溶解有大量的氣體(主要是氫氣)，鋁合金氫氣的溶解度與鋁合金的溫度密切相關(guān)，在660C左右的液態(tài)鋁液中約為0. 69cm3/ 100g，而在660C左右的固態(tài)鋁合金中僅為0. 036m3/100g，此時(shí)液態(tài)鋁液中含氫量約為固態(tài)的19-20倍。所以當(dāng)鋁合金凝固時(shí),便有大量的氫析出以氣泡的形態(tài)存在于鋁合金壓鑄件中。
減少鋁液中的含氣量，防止大量的氣體在鋁合金凝固時(shí)析出而產(chǎn)生氣孔，這就是鋁合金熔煉過程中精煉除氣的目的。如果在鋁液中本來就減少了氣體的含量，那么凝固時(shí)析出氣體量就會減少，因而產(chǎn)生的氣泡也顯著減少。因此，鋁合金的精煉是非常重要的工藝手段，精煉質(zhì)量好，氣孔必然少，精煉質(zhì)童差，氣孔必然多。保證精煉質(zhì)量的措施是選用良好的精煉劑，良好的精煉劑是在660C左右可以起反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，所產(chǎn)生氣泡不太劇烈，而是均勻不斷的產(chǎn)生氣泡，通過物理吸附作用，這些氣泡與鋁液充分接觸，吸附了鋁液中的氫將其帶出液面。因此冒泡時(shí)間不宜過短，一般要有6~8min的冒泡時(shí)間。
當(dāng)鋁合金冷卻到300^C時(shí)，氫在鋁合金中的溶解度僅為0.001cm3/ 100g以下，此時(shí)僅為液態(tài)時(shí)的1/ 700，這種凝固后氫氣析出而產(chǎn)生的氣孔是分散的，細(xì)小的針孔，這不影響漏氣和加工表面，肉眼基本看不見。
在鋁液凝固時(shí)因氫氣析出所產(chǎn)生的氣泡比較大，多在鋁液最后凝固的心部，雖然也分散，但這些氣泡常常導(dǎo)致滲漏，嚴(yán)重時(shí)常導(dǎo)致工件報(bào)廢。
2.2 因排氣不良產(chǎn)生的氣孔
在鋁合金壓鑄中，因模具的排氣通道不暢，模具排氣設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不良，壓鑄時(shí)型腔內(nèi)的氣體無法完全順暢排出，造成在產(chǎn)品某些固定部位存在氣孔。這種由模具型腔中氣體形成的氣孔時(shí)大時(shí)小，氣孔的內(nèi)壁呈鋁與空氣氧化的氧化色，與氫氣析出產(chǎn)生的氣孔不同，氫氣析出氣孔內(nèi)壁不如空氣孔光滑，沒有氧化色，而是灰高的內(nèi)壁。對于因排氣不良而產(chǎn)生的氣孔，應(yīng)改進(jìn)模具的排氣通道，及時(shí)清理模具排氣通道上的殘留鋁皮就可以避免。
2. 3 因壓鑄參數(shù)不當(dāng)造成卷氣產(chǎn)生的氣孔
在壓鑄生產(chǎn)中壓鑄參數(shù)選擇不當(dāng)，鋁液壓鑄充型速度過快，使型腔中氣體不能完全及時(shí)平穩(wěn)的擠出型腔，而被鋁液的液流卷入鋁液中,因鋁合金表面快速冷卻，被包在凝固的鋁合金外殼中，無法排出形成了較大的氣孔。這種氣孔往往在工件表面之下，鋁液進(jìn)口比最后匯合處少，呈梨形或橢圓狀，在最后凝固處又多又大。對于這種氣孔應(yīng)調(diào)整充型速度，使鋁合金液流平穩(wěn)推進(jìn)，不產(chǎn)生高速流動(dòng)而卷氣。
2.4 鋁合金的縮氣孔
鋁合金同其它材料-樣，在凝固時(shí)產(chǎn)生收縮，鋁合金的澆鑄溫度愈高，這種收縮就愈大，單一的因體積收縮產(chǎn)生的氣孔是存在于合金最后凝固部位，呈不規(guī)則形狀，嚴(yán)重時(shí)呈網(wǎng)狀。往往在產(chǎn)品中，它與凝固時(shí)因氫氣析出的氣孔同時(shí)存在，在氫析出氣孔或卷氣孔的周圍存在縮氣孔，在氣泡周圍有伸向外部的絲狀或網(wǎng)狀氣孔。
對于這種氣孔，應(yīng)從澆鑄溫度著手解決，在壓鑄工藝條件允許的情況下，盡量降低壓鑄時(shí)的鋁液澆鑄溫度。這樣可以減少鑄件的體積收縮，減少縮氣孔及縮松。如果常在加熱部位出現(xiàn)這種氣孔，可以考慮增加抽芯或冷鐵，使其改變最后凝固部位，解決滲漏缺陷問題。
2.5 因產(chǎn)品壁厚差過大而引起的氣孔
產(chǎn)品形狀常有壁厚差過大問題，在壁厚中心是鋁液最后凝固的地方，也是最易產(chǎn)生氣孔的部位，這種壁厚處的氣孔是析出氣孔和收縮氣孔的混合體，不是一般措施所能防止的。對產(chǎn)品的形狀在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮盡量減少壁厚不均勻，或過厚的問題，采取空心結(jié)構(gòu)，在模具設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮增設(shè)抽芯或冷鐵，或水冷，或增加模具此處的冷卻速度。在壓鑄生產(chǎn)中，要注意厚度大部位的過冷量，適當(dāng)降低澆注溫度等。
三、鋁合金壓鑄件中因氫氣產(chǎn)生氣孔
在鋁合金壓鑄生產(chǎn)中;大量來源于鋁和水蒸氣反應(yīng)和金屬爐料或回爐料帶入的油污、有機(jī)物、鹽類熔劑等與鋁液反應(yīng)生成的氫氣溶解于鋁合金液中，氫氣的溶解度在液態(tài)和固態(tài)鋁合金有相當(dāng)大差異o鋁合金液在冷卻凝固過程中的某--時(shí)刻，氫的含量超過了其溶解度時(shí)即以氣泡的形式析出，來不及上浮排出的氫氣泡就在鑄件凝固過程中形成細(xì)小分散的氣孔，即平常我們所說的針孔。
氫氣在液態(tài)鋁中的溶解度比在固態(tài)鋁中要高大約20倍。由于溶解度的不同，在凝固過程中，氫氣就傾向于從熔液中逸出，當(dāng)氫氣壓力大于表面張力和液體靜壓力時(shí)，即形成氣泡，進(jìn)而在鑄件或鑄錠中產(chǎn)生氣孔。
3.1 鋁液中的氫的來源
鋁及其合金易與氣體相互作用，這主要是因?yàn)殇X是活潑金屬。氫是唯一能大量溶解于鋁熔體中的氣體。根據(jù)測定，存在于鋁合金中的氣體，氫占了85%以上，其余是氮?dú)?、氧氣?氧化碳等。因而鋁合金的“含氣量”可以視為“含氫量”。溶入鋁合金的氫并不來自爐氣中的極微量氫，因?yàn)榇髿庵袣涞姆謮汉艿?，約為5X 10^*MPa，遠(yuǎn)比鋁熔體中的氫分壓低。根據(jù)熱力學(xué)原理，溶于鋁熔體中的氫是不穩(wěn)定的，有強(qiáng)烈地自鋁熔體中向大氣擴(kuò)散逸出的傾向。其次，研究結(jié)果表明，分子態(tài)的氫并不能直接溶入鋁液中，只有離解成原子態(tài)氫才能溶入鋁液中。這可以從在純凈氫氣氛中熔煉鋁液，鑄件中并不出現(xiàn)針孔的實(shí)驗(yàn)中得到證明?？梢?，爐氣中的氫分子不是形成氣孔的根源。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，鋁液中的氫和氧化夾雜主要來源于鋁液與爐氣中水汽的反應(yīng)。
3.2 鋁液中的夾雜
鋁液中的夾雜物除來自爐料外，還來自熔化、澆注過程中鋁與氧反應(yīng)所生成的氧化物A1L2O2。,另外遷可能存在金屬礎(chǔ)化物、氧化物等非全屬夾雜和鐵.硅靜全民夾雜。但主要的夾雜還是A1.O，占夾雜含重的9BK以上。鋁液表有一層氧化膜，接近熔點(diǎn)時(shí)，不僅厚度增加，而且結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。面向招波的一面是致密的，對鋁液有保護(hù)作用。但背向鋁液的一面則是疏松的，背部形成大量微小的孔，并被氫氣、空氣和水氣氣所充滿。如果將液微入鋁液中，不僅使鋁液增加夾雜物，同時(shí)也增加氣體。鋁液體中的金屬夾雜除了由原材料帶進(jìn)的和由于洗爐不徹底混料電熱材料掉入等人人為因素造成的以外，主要是由于鋁熔體和爐襯、工具、各種凈化劑、添加劑接觸的過程中產(chǎn)生各各種化學(xué)反應(yīng)生成并混入的。爐村用的耐火材料通常是由各種軍氧化物的混合物組成的，當(dāng)熔體與爐襯接觸時(shí)，如果這些氧化物的生成熱低于氧化格的生成熱，則爐村將被分解，并析出比鋁密度低的金屬。
鋁液中含氧量與夾雜物保持一定的關(guān)系。在。在含氫量相同的條件下，夾雜物含量越高，氫氣從鋁液中越難逸出，鑄件形戚氣孔就越多;相反，當(dāng)鋁衰中夾雜物的含重很低時(shí)，即使人為地向招液中通入氫氣，也會自動(dòng)選出，恢復(fù)原來的含氫量。鋁渡中氣體與夾雜物之間存在著著相互作用的關(guān)系:氣體存在于夾雜物中，夾雜物吸附氣體，.排除夾雜物是排除。體的基礎(chǔ)。
四、鋁液的吸氫原理及除氫原理
要消除熔體*中的氣體缺陷，主要是降低其其內(nèi)部的含氫量。鋁熔化的除氫原理是除氣一吸氣的動(dòng)態(tài)過程，由鋁液內(nèi)部除氫過程和鋁3波表面氧化吸氫過程組成。除氫效果是由這兩個(gè)方向相反過程的動(dòng)態(tài)平平衡所決定的。如果只重視除余氫凈化過程而忽視吸氫過程，即使采用好的除差氫氨劑和除氫設(shè)備也達(dá)不到理想的除氫效果。鋁液除氫白瓦的動(dòng)力學(xué)過程，是指溶于鋁液中中的原子態(tài)氫自招液中析出逸出的過程。這個(gè)過程包括:在鋁液中形成氣泡;鋁液中的氫向氣泡核及熔池表面遷移;氣泡透過相界面逸出。,氫從鋁液中被去除有兩種形式，即以氣泡形式和擴(kuò)散形式析出。以氣泡形式析出是除氫過過程的初期階段，鋁液中析出的這種微小氣泡稱為勢間向阻波中通入借性氣體的方法，通過降低鋁液中氧氣的分壓.從雨降低氧氣在招漬中溶解的重，達(dá)到凈化的目的。
如果向鋁液中加入惰性氣泡或不溶于鋁液的活性氣體氣泡o則溶于鋁液中的氫由于其化學(xué)位較高，可直接向這些初始無氫的氣泡中遷移。然后進(jìn)入凈化氣泡中的氫便隨氣泡在鋁液中向上浮游而溢出鋁液，如圖4.1所示：

上述鋁液中的氫向外來初始無氫的氣泡遷移的除氫動(dòng)力學(xué)過程可分解成如下五個(gè)步驟:
1、通過對流和擴(kuò)散，鋁液中的氫原子遷移到鋁液與氣泡的氣-液界面;
2、氫原子由溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲綘顟B(tài);
3、氣-液界面吸附的氫原子彼此相互作用締結(jié)為氫分子即2DH]→H, ;
4、氫分子從氣一液界面脫附;
5、氫分子擴(kuò)散進(jìn)入氣相，并隨氣泡上浮而逸出鋁液。
隨著遷移過程的進(jìn)行，初始無氫的氣泡變成了有氫的氣泡，氣泡內(nèi)氫氣分壓PH2隨之增大，直至與鋁液中氫相平衡，遷移過程才停止。
五、壓鑄鋁合金金屬液的精煉處理
鑄造鋁合金在澆注前需要進(jìn)行精煉處理,以凈化合金液,但還沒有得到足夠的重視。造成忽視壓鑄鋁合金精煉處理的主要原因在于壓鑄生產(chǎn)方式的特殊性,由于壓鑄生產(chǎn)合金液是在高壓和激泠條件下成形，包卷空氣所造成的氣孔缺陷是主要的。因此,壓鑄鋁合金對精煉處理的敏感度弱于其他鑄造方法。由于包卷人的空氣占絕大多數(shù),對壓鑄來說，需要盡最大可能排除模具型腔內(nèi)的空氣,如在模具上開排溢槽等。其他因素也易使人忽視壓鑄鋁合金精煉處理的必要性,例如:
①對壓鑄件的質(zhì)量要求不高;
②工廠所處地域氣候干燥,鋁錠的氧化物少;
③大批量正常生產(chǎn),廢料回爐比例小，回收率低,新錠的質(zhì)量較好;
④熔化設(shè)備的熔化能力與壓鑄機(jī)的生產(chǎn)能力不匹配(即熔化量供不應(yīng)求);
⑤基于壓鑄件生產(chǎn)成本的考慮，傳統(tǒng)習(xí)慣勢力的影響。
隨著對壓鑄件的內(nèi)部、外部質(zhì)量提出的要求越來越高,許多鑄件都有了氣密性和可加工性要求,因此，壓鑄鋁合金的精煉處理對提高壓鑄件質(zhì)量的作用不容再忽視。
在臺金牌號、產(chǎn)品錠料.質(zhì)量、允許的雜質(zhì)種類和含量、熔煉(重熔)設(shè)備及除精煉處理外的其他工藝已定的情況下，欲取得高質(zhì)的臺金液的關(guān)鍵便是采用理想的、高效的“精煉劑”對合金液進(jìn)行精煉處理,來最大限度地去除合金液中的氣體和各種夾雜物，以達(dá)到凈化合金液的目的。
精煉劑作用于鋁合金液中氫氣和夾雜物的數(shù)量取決于精煉處理時(shí)所要用的精煉劑和精煉方法。若采用的精煉劑為氛氣、氯化物,其“精煉”機(jī)理是浮游法,其化學(xué)反應(yīng)式為:

還有吹惰性氣體等其他方式的精煉方法。
六、解決壓鑄件氣孔采取的措施
(1)在選料過程中，為了避免水蒸氣過多，應(yīng)選用干燥、干凈的合金料，熔煉鋁合金時(shí)，要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，應(yīng)該盡童避免氣體的帶入?？刂迫蹮挏囟?，避.免過熱，選用良好的精煉劑或通入氮?dú)獾榷栊詺怏w，保證鋁合金熔煉過程中精煉除氣。選用的涂料揮發(fā)氣體應(yīng)少，揮發(fā)溫度應(yīng)低，涂刷均勺，避免涂并揮發(fā)的氣體卷入合金液中。
(2)對于因排氣不良而產(chǎn)生的孔，應(yīng)改進(jìn)模具的排氣通道，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、排氣槽以利于氣體有機(jī)會排出，溢流槽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。
(3)充填速度根據(jù)壓鑄合金和鑄件結(jié)構(gòu)特性確定，既不能過高也不能偏低，在滿足鑄件成型的前提下在壓鑄工藝條件允許的情況下，盡量降低壓鑄時(shí)的鋁液澆鑄溫度。這樣可以減少鑄件的體積收縮，減少縮氣孔及縮松。
七、鋁合金壓鑄技術(shù)的新發(fā)展
近年來，人們?yōu)榱私鉀Q壓鑄件內(nèi)部存在的氣孔和縮孔問題，使之能生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高致密性、可焊接、能進(jìn)行熱處理、可扭曲等各種性能的壓鑄件，在繼續(xù)完善真空壓鑄以外又發(fā)展了擠壓鑄造和半固態(tài)壓鑄等新技術(shù)，并概括地稱之為“高密度壓鑄法”。
7.1 真空壓鑄技術(shù)
真空壓鑄法是將型腔中的氣體抽空或部分抽空，降低型腔中的氣壓，以利于充型和排除合金熔體中的氣體，使合金熔體在壓力作用下充填型腔，并在壓力下凝固而獲得致密的壓鑄件。
真空壓鑄需要特殊的設(shè)備-真空壓鑄機(jī)。真空壓鑄機(jī)的真空系統(tǒng)大致分為兩類:一類是在壓鑄模型腔內(nèi)抽真空進(jìn)行真空壓鑄,另-類是把壓鑄模置于真空罩內(nèi)進(jìn)行真空壓鑄;真空壓鑄實(shí)際上并非絕對真空壓鑄。通常真空、壓鑄所用的壓力在50.7千帕至16千帕,過低的真空度達(dá)不到真空壓鑄效果,過高的真空度當(dāng)然效果更好,但這使壓鑄速度降低。真空系統(tǒng)的密封是重要的，如果在壓射室與鑄型及壓射室與壓射活塞之間的連接處漏氣,就會使壓鑄速度降低，真空效果減弱，甚至產(chǎn)生廢品o真空壓鑄裝置會使設(shè)備的復(fù)雜性增加,因而生產(chǎn)成本增高,但體可由真空壓鑄的優(yōu)點(diǎn)得到補(bǔ)償。
真空壓鑄最引人注意的優(yōu)點(diǎn)是大大改善了表面光潔度及減少了精整處理的費(fèi)用再者真空過程使型腔被填充得更好，這就使得較薄的斷面也能鑄出,從而擴(kuò)大了壓鑄的應(yīng)用范圍。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是真空壓鑄件的機(jī)械性能提高了，這對長期使用的零件是至關(guān)重要的，其原因在于真空條件改善了鑄件的致密性,氣孔的減少是真空壓鑄的重要特點(diǎn)之一。這對于排氣困難的鑄件和對于因金屬流動(dòng)情況而造成局部集中氣洵的大刑刑腔。其優(yōu)占是很明導(dǎo)的。
7.2 加氧壓鑄技術(shù)
加氧壓鑄是在鋁合金液充填型腔前,用氧氣充填壓室和型腔而取代其中的空氣。充填時(shí),氧氣-方面通過排氣槽排出;另-方面由噴射的鋁液與沒有排出的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生氧化鋁微粒,分散在壓鑄件內(nèi)部,使壓鑄件內(nèi)不產(chǎn)生氣孔。加氧壓鑄的特點(diǎn):消除或減少氣孔,提高了鑄件質(zhì)量。其中提高機(jī)械強(qiáng)度達(dá)10%6,延伸率為1. 5~2倍。因壓鑄件內(nèi)無氣孔,可經(jīng)熱處理從而使強(qiáng)度進(jìn)一步提高,屈服極限增加,沖擊性能也顯著提高;壓鑄件可在290-300e 的環(huán)境中工作;加氧壓鑄與真空壓鑄相比,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便投資少。
氧氣加入方法有兩種,即由壓室加氧和由壓鑄模上設(shè)置的專用裝置加氧。一般立式壓鑄機(jī)多采用從反料沖頭通入氧氣,而臥式壓鑄機(jī)上則多采用在壓鑄模上設(shè)置加氧孔加氧。加氧壓鑄中要嚴(yán)格控制加氧時(shí)間及加氧壓力兩個(gè)主要工藝因素。此外，還必須合理地設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng),正確選擇壓射速度,選用不揮發(fā)的涂料，以保證壓鑄質(zhì)童。加氧壓鑄可用于壓鑄高強(qiáng)度、高致密度及高溫下使用的零件,是一種有發(fā)展前途的壓鑄工藝方法。
7.3 半固態(tài)壓鑄技術(shù)
半固態(tài)壓鑄是在液態(tài)金屬凝固時(shí)進(jìn)行攪拌，在-定冷卻速度下獲得約50%甚至更高固相組分的漿料，然后通過壓鑄使?jié){料成形的技術(shù)。目前，半固態(tài)壓鑄有兩種工藝:即流變成形工藝和觸變成形工藝。前者是將液態(tài)金屬送人特殊設(shè)計(jì)的壓射成形機(jī)筒中，由螺旋裝置施加剪切使其冷卻成半固態(tài)漿料，然后進(jìn)行壓鑄。后者是將固態(tài)金屬?；蛩樾妓腿寺菪龎荷涑尚螜C(jī)中,在加熱和受剪切的條件下使半固態(tài)金屬顆粒經(jīng)壓鑄成形。
半固態(tài)壓鑄與全液態(tài)金屬壓鑄相比有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)由于半固態(tài)金屬在攪拌時(shí)已有50%的熔化潛熱散失悼,所以降低了澆注溫度，大大減少了對壓室、壓鑄型腔和壓鑄機(jī)的熱沖擊,因而可以提高壓鑄模的使用壽命。
(2)半固態(tài)金屬粘度比液態(tài)金屬大，內(nèi)澆口處流速低,因而充填時(shí)少噴濺,無湍流,卷入的空氣少;由于半固態(tài)金屬收縮小所以鑄件不易出現(xiàn)疏松、縮孔,鑄件質(zhì)童高。
(3)半固態(tài)金屬像軟固體一樣輸送到壓室,操作簡單方便。半固態(tài)壓鑄的出現(xiàn)為解決黑色金屬壓鑄模壽命低的問題指出了新途徑。且對提高鑄件質(zhì)量、改善壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)的工作條件都有-定的作用。
7.4 電磁泵低壓鑄造技術(shù)
電磁泵低壓鑄造是一種新崛起的低壓鑄造工藝，同氣體式低壓鑄造技術(shù)相比，在加壓方式方面與其完全不同。其采用非接觸式的電磁力直接作用于液態(tài)金屬，大大降低了由于壓縮空氣不純及分壓過高所帶來的氧化和吸氣等問題，實(shí)現(xiàn)了鋁液的平穩(wěn)輸送和充型，可防止由于紊流造成的二次污染。另外電磁泵系統(tǒng)完全采用計(jì)算機(jī)數(shù)字元控制，工藝執(zhí)行非常準(zhǔn)確、重復(fù)性好，使這種工藝在成品率、力學(xué)性能\表面質(zhì)量和金屬利用率等方面都具有明顯優(yōu)勢隨著研究的不斷深入，這項(xiàng)工藝也愈來愈成熟。
八、結(jié)語
鋁合金圓盤、圓筒壓鑄件由于其壁厚不均勻，答易產(chǎn)生氣孔和縮氣孔等壓鑄質(zhì)量缺陷。通過不斷的澆注試驗(yàn)，I程師可以尋求更優(yōu)化的壓鑄工藝參數(shù)。這樣既能選擇合理的工藝參數(shù)，又能避免實(shí)際澆鑄的成本浪費(fèi)，為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。希望通過本課題能對實(shí)際生產(chǎn)有-定幫助，最終的目的是生產(chǎn)出合格的壓鑄件，滿足企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的需求。從近年來的國內(nèi)外壓鑄研究來看，隨著理論研究方面工作的更加深入，尤其是計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，使金屬在填充型腔的流動(dòng)形態(tài)、金屬在型腔中的凝固過程、型腔內(nèi)金屬液體的流動(dòng)壓力、模具的溫度梯度、模具的變形等方面有很大的理論突破。