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铝合金压铸零件的质量缺陷及改善措施

文章出处:未知 人气:发表时间:2018-12-03

引言: 压力铸造作为一种特殊的成形技术在许多行业和领域获得了广 泛的应用, 特别是对于规模生产的汽车、 摩托车、 内燃机、 电子、 仪表及航天 等行业,已成为其不可或缺的组成部分。

1.铝合金压铸技术概述

铝是地壳中分布最广、 储量最大的金属元素, 且铝材属于可再利用资 源,有利于环境保护。 纯铝呈银白色, 其熔点低,导电、 导热性好, 耐腐蚀。 铝 合金密度低、 比重小、 比强度大、 导热性好、 耐腐蚀性好、 价格低廉且易于成 形, 适合于加工各种型材,工业上的使用量仅次于钢, 是目前压铸业中用量 最大的一类有色金属结构材料。铝合金具有熔点高、 质量轻的特点, 高熔点 就意味着它可以作为耐高温材料, 被广泛应用于各行各业, 如发动机等;利 用质量轻的优势可以应用在航天器材方面,我国己经建造好的登月车, 绝 大多数就是用高强度铝合金建造成的, 这样的例子还有很多, 也正因为如 此, 铝合金成为了汽车、 航天等工业不可替代的金属材料。

2.铝合金压铸零件的质量缺陷及改善措施

2.1气孔

气孔是指在压铸件内部或表面出现的大小不等的孔眼、 空穴,有光滑的 表面, 形状多为圆形。气孔的产生会导致压铸件硬度不足和影响表面美观。

2.1.1压铸箱体螺栓孔周边的气孔现象

压铸铝合金箱体上有很多螺栓孔、 油孔以及各种安装孔, 这些直接影 响发动机的装配质量和使用性能,在压铸过程中需要严格控制其质量。

2.1.2产生原因

铝合金箱体压铸时由于液态金属充填型腔速度高, 模具型腔内的气体 不易排出, 容易残留在铝液中, 铝液冷却凝固后残留的气体在铸件内形成 很小的气泡, 即气孔。

在铝合金压铸生产过程中, 铝液浇注的温度一般在660℃左右, 但是在 这个温度下铝液中含有大量的气体(主要氢气), 氢气在铝合金的溶解度与 温度密切相关,在此温度下气体含量约为0.69cm3/100g气体的含量大约是 常态下19-20倍, 所以铝合金凝固之后, 这些气体会大量析出导致铝合金铸 件存有大量的气孔。另外, 因工艺造成的卷气、 离型剂发气引起的气孔也能 占到相当的比例。

2.1.3改善措施

模具的排气通道设计存在一定的结构问题或排气孔排气不顺畅,在压 铸过程中就会导致模具腔内的气体无法完全排除。浇铸系统设计也需要确 认截面积是否逐渐减小。在铝合金熔炼过程中保证精炼质量的有效措施。 选择适当的精炼剂, 反应时气泡均匀不断地产生, 然后通过物理吸附与铝 液中杂质进行有效地接触并带至表面。调整工艺, 适当的降低低速;确认离 型剂喷涂是否过多。基于以上原因可考虑使用真空压铸。

另外, 在有加工工序的螺栓孔周围的气孔, 小于螺纹长度1/3, 且不在 螺纹区域, 对扭矩没有影响, 不会影响其使用性能, 可以不用解决该处的气 孔问题。

2.2夹杂

2.2.1铁、 锰、 铬的作用

铝合金熔炼时,经常发现由重元素组成的固态化合物沉积在炉床上, 这种沉积物一般叫做炉渣。主要由含有铝、 硅和大量铁、 锰、 铬等在一定的 温度下的化合物晶粒构成, 压入铸件就形成夹杂。这些晶粒熔点高、 比重 大,以致于沉积在炉床上。炉渣沉积会产生有害的结果, 比如在铸件中形成 硬质点增加合金的粘模性, 降低合金的流动性。从理论上讲,当铁量超过 0.8%时,在含铁过饱和的铝液和模具钢完全接触的情况下, 铁不会溶入。 因 此, 压铸铝合金的含铁量最好在0.81.0%之问。锰和铬在压铸铝合金中, 锰 和铬往往是被当作杂质的。实际上, 锰和铬或它们化合后, 可将含以铁较多 的相的组织从针状改变成立方晶体。这样, 可提高压铸件的韧性和强度。

2.2.2氧化夹渣

除去重金属形成的炉渣, 另一部分夹杂的主要来源为氧化物, 可分为 一次氧化物, 二次氧化物。一次氧化物是指在熔炼时未通过打渣残留在铝 液中的氧化物, 直接进入压铸件;二次氧化物是指在转运、 浇注中, 形成紊 流而与空气接产生的氧化物进入压铸件。

2.2.3改善措施

严格控制铝锭的成分, 尤其是重金属的含量不能超标,在来料检验时 必须严格要求。另外, 对熔炼炉要进行定期的炉床清理,在浇包转运铝水 时, 尽量减小震荡, 一是可以避免重金属氧化物进入铝溶液, 二是避免与空 气的充分接触形成二次氧化物。定期打渣, 一般每炉待转铝液都要进行打 渣处理, 连续投料熔炼时, 周期可根据实际情况调整。在浇包转运时要平 稳, 避免溅起。在浇注时要控制低速, 避免推进时形成紊流。

2.3缩孔

缩孔是指压铸件厚截面处出现形状不规则的孔洞, 孔的内壁粗糙。甚 至可导致压铸件内局部出现蜂窝状组织, 影响铸件强度。产品加工面孔洞 外露。压铸铝合金产品的外表面,有一层相当致密的组织, 而工件内部会因 为缩松现象出现一些细小的孔洞, 如果加工量超过了致密层的厚度, 孔洞 就会明显增加。

2.3.1产生原因

在压铸过程中铝液被压入并充满型腔后铝液开始凝固, 由于模具表面 的温度较低并且伴有水冷, 铝液先从与模具接触的表面开始凝固,在最外 面先形成一层硬壳, 然后逐渐向内开始凝固。铝液随着温度的降低逐渐收 缩体积变小, 但铸件的外表面已经形成了一层密封的硬壳, 所以随着铝液 的逐渐凝固,在最后凝固的位置会形成一些中空的空间, 即缩孔。过大的壁 厚造成内部冷却凝固速度慢, 液态金属充满型腔后,在收缩过程中得不到 足量补充, 容易发生在厚薄不均的铸件上。

2.3.2改善措施

消除缩孔的方法可通过减少缩孔所在区域的壁厚, 使其能够快速均匀 的凝固来实现, 也可通过对铸件和模具结构进行优化来实现。有时由于某 区域的功能和结构原因, 壁厚无法减薄, 可以考虑增加铸件加工预制孔深 度来改变加工区域。从工艺角度来说,在该区域的模具上增加冷却水路, 加 强冷却, 加快铝液的凝固速度,以减小缩孔的体积,并把缩孔控制在非重要 区域;还可以增加压力提升组织的致密性。缩孔与气孔一般不能100%的消 除, 只能去减少或转移, 甚至有时只是改变加工出现缩孔的问题。

2.4裂纹

铝合金压铸件的基体被破坏或断开,形成细长的缝隙 (长度可达 5Omm, 呈直线状或波浪形的纹路等不规则形状,在外力作用下有延伸的 趋势, 这种缺陷称为裂纹。

2.4.1产生原因

合金成分异常(如镁含量过高), 提高了粘模性,在顶出时拉模严重出现 裂纹;在合金成分不变的前提下, 温度较高的状态也是会产生裂纹, 且周围 的组织有明显的缩松现象。在冷却凝固时, 由于冷却顺序不同, 外部的区域 首先收缩对该处产生向外的拉应力,在缩松的部位造成裂纹。

2.4.2改善措施

正确控制合金成分,在某些情况下可在合金中加纯铝锭以降低合金中 含镁量或铝合金中加铝硅中问合金以提高硅含量;为缓解模具过热,在该 处模具内增加冷却水路, 通过水冷来降低该区域的模具温度, 保持模具热 平衡;改变铝合金压铸件结构, 加大圆角, 改变起模斜度, 减小出模难度, 减 少壁厚差;变更或增加顶出位置, 使顶出受力均匀, 消除局部受力过大。

2.5拉伤

沿开模方向铸件表面呈线条状的拉伤痕迹,有一定深度, 严重时为整 面拉伤;金属液与模具表面粘和,导致铸件表面缺料。

2.5.1产生原因

模具型腔表面有损伤;出模方向无斜度或斜度过小;顶出不平衡;模具松 动;浇注温度过高或过低, 模具温度过高导致合金液粘附;脱模剂使用效果不好;铝合金成分含铁量低于0.8%;冷却时间过长或过短;压铸机平行度差。

2.5.2改善方式

修理模具表面损伤;修正斜度, 提高模具表面光洁度;调整顶杆, 使顶出 力平衡;紧固模具;控制合理的浇注温度和模具温度180-500℃;更换脱模剂 或用防拉伤涂料;调整铝合金含铁量;调整冷却时间;修改内浇道, 改变铝液 方向;调整压铸机平行度。

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