铝合金铸造缺陷解析（3篇）
1.铝合金铸造缺陷解析 篇一
摘要：铝合金轮毂因其强度高、质量轻、价格合理、成型度好和回收率高等优点，在汽车工业得到了广泛的应用。随着社会经济的发展，人们对汽车节能降耗的需求越来越高，汽车轻量化成为现代汽车发展的必然趋势。对新型铝合金轮毂制造工艺及特点的探究对汽车工业发展具有重大的现实意义。
关键词：铝合金轮毂； 低压铸造； 模具设计； 铸造工艺；铝合金轮毂的优势
许多人开车开到一段时间以后，就会对汽车进行改装，尤其轮毂的改装最为常见，将原有的轮毂改造成铝合金轮毂后，不仅使汽车更加美观，而且驾驶的感觉更为舒适。这是因为相对于其他金属，铝合金运用在轮毂上的优势非常多。从元素上看铝合金是以铝为基体元素和加入一种或多种合金元素组成的合金。铝最大的优点就是密度较小，大约只有铁的0.33，铁的熔点比铝的熔点要高很多，铝的熔点只有六百六十摄氏度，由于铝的性质偏软所以不能直接做刚性材料，所以需要加入其他金属弥补它的缺陷，所以铝合金就应运而生了。铝合金既保留了铝的优点，不易腐蚀，质量轻等，又让其具有以下一些优势:强度高，其性能不亚于优质钢材料，可塑性好，导电性好，有着非常强的再加工特性、另外铝合金还拥有非常好的导电导热性。这些优势让铝合金逐步成为了汽车，航天等工业不可替代的金属材料。铝合金轮毂的优势主要包括:1)重量轻。铝合金轮毂轻巧，比起同尺寸的钢轮毂，其质量要轻出两千克，这样的质量差异使得铝合金轮毂的惯性和阻力都会有所减小，汽车的驾驶更加方便，减少驾驶员的疲惫之感，还会减少油耗。2)精度和强度更高。铝合金轮毂的精度与强度比钢轮毂要高出许多，这是由于其铸造工艺特点决定，而且抗震性能良好，车轮会因此减少来自路面的冲击，减少驾驶员的疲惫感，即使路况很差，也不会很颠簸。3)散热好。由于铝合金的传热系统优于钢，因此，汽车在行驶的过程中所产生的热量会通过铝合金轮毂以最快的速度传递出去，减少热量对汽车部件和性能的影响与危害[1]。铝合金轮毂的低压铸造技术
低压铸造的历史是比较悠久，其最早出现在上个世纪之初。该工艺是在20世纪80年代后期由中信戴卡公司引进，经过20多年的发展，已经比较成熟。但真正意义上的开发设计工作是在最近几年。低压铸造法是指在压力作用下，金属液体充填型腔形成铸件的工艺方法。因为需要的压力不大，所以叫做低压铸造法。低压铸造法分为以下几个步骤，熔化、低压铸造成型、机加、热处理和涂装。采用低压铸造法的铝合金轮毂具有铸件成型好、液体金属充型平稳、表面光滑、机械性能高、铸件致密和最终成型的轮廓清晰等特点。而且，低压铸造法需要的设备简单，易实现自动化生产[2]。铝合金低压铸造已经是目前经常使用到的铸造方法，这种铸造方法可以让铝合金铸件的性能更强，并且在使用上也更加的方便。低压铸造主要是在密闭的保护炉中进行，在进行铝合金低压铸造时，其铸件本身的压力效果必须达到可以有效的完成铸件的要求。低压铸造的浇注系统简单，可以减少甚至完全去除冒口，金属利用率往往可以达到90%以上。铝合金轮毂的低压铸造的模具设计
3.1 模具的结构要求
在进行低压铸造铝合金轮毂的模具设计时，型腔应该采用瓣合结构，左右滑块型芯。因为抽芯力比较大，所以利用液压缸抽芯结构，同时运用行程控制开关对抽芯和合芯进行自动式控制。大多数利用型芯成型，型芯要分别装设在定和动镶块内部并且要和定动模套板压紧配合[3]。
3.2 模具的冷却系统设计
目前模具的生产量大，散热量也大，因此，模具应该利用水冷却设计，水管的内径取11mm，水道的直径取10mm，定模型芯利用点运水管进行冷却，这种设计的目的是对局部产生冷却的效果，必须要对局部进行冷却之后，它的冷却系统才能够使模具实现热平衡。铝合金轮毂的低压铸造所需工艺
4.1 加压曲线的安排与设计
铝合金轮毂应设计为急速加压曲线，但是从近几年来看，国内的可以进行液面加压的装置有好多种，在这些各种形式的液面加压装置中，最容易被设计者所忽略并且难以解决的问题，正是对各种加压的安排设计往往只是能够在控制台上体现，压缩的空气被引进到保温炉中往往不能按照设计好的曲线加压。
4.2 控制模具的温度和进行喷料
模具的表面温度应该控制在300~350摄氏度，模具在铸造之前要进行喷砂、清理和喷涂料，并且在350摄氏度下加热2到3个小时。为了保证首件成功完成，模具在从烘炉中取出到安装在低压机上铸造第一件轮毂这段时间不得超过30分钟。工艺的优化
可以从以下几个方面入手，首先是设备的更新换代，引进国外最先进的生产设备对轮毂的生产和加工都有一定的帮助，国外进口低压机的价格虽然是国产机的7-8倍，但是性能和质量上也要优越一些。模具的设计应该根据产品结构特点的需求确定。
要请专家和现场工作者进行评审。尤其是模具的设计人员，不仅要懂设计，更应该具备相关铸造设备和铸造工艺的知识，设计人员要多去铸造车间学习铸造人员的实际工作经验。结语
综上所述，铝合金轮毂在我国虽然发展时间较短，但前景和空间十分广泛。作为轮毂生产的技术人员，努力改进轮毂生产的技术，有利于缩短轮毂生产的工时，提高生产效率，降低生产成本，从而获得最高的经济效益，更有利于促进我国汽车生产的专业化水平，进而促进我国工业化进程。在发展低压铸造设备时需要借鉴国内外先进的经验，并且进行创新，这样才能够是我国的铸造技术得到较好的提升。相信在不久的将来，我国铝合金轮毂生产与加工技术将得到更好的发展。
参考文献
[1]冉广，周敬恩，王永芳.铸造A356铝合金的拉伸性能及其断口分析[J].稀有金属材料与工程，2006，35(10):1620-1624.[2]刘闯，姚嘉，卢伟.铝合金在汽车上的应用现状和前景分析[J].佳木斯大学学报(自然科学版)，2006，24(4):559-662.[3]李德成，李玉胜，冯志军，李巨文.国防用大型复杂零部件整体铸造成型技术进展[Z].中国机械工程学会第十届铸造年会，2002.
2.铝合金铸造缺陷解析 篇二
1 缺陷特征与原因
1.1 球化不良和球化衰退
缺陷特征:铸件断口为银灰色上分布芝蔴状黑色斑点, 其数量多、直径大, 表明程度严重;全部呈暗灰色粗晶粒, 表明完全不球化。其金相组织集中分布有大量厚片状石墨, 数量越多表明越严重, 完全不undefined球化者呈片状石墨。产生原因:原铁液含硫高, 严重氧化的炉料中含有过量反球化元素, 处理后铁液残留镁和稀土量过低, 铁液中溶解氧量偏高是球化不良的重要原因。高硫低温氧化严重的铁液经球化处理后形成的硫化物、氧化物夹渣未充分上浮, 扒渣不充分, 铁液覆盖不好, 空气中的氧通过渣层或直接进入铁液, 使有效的球化元素氧化, 并使活性氧增加, 这是使球化衰退的重要原因。
1.2 缩孔和缩松
缩孔产生于铁液温度下降发生一次收缩阶段, 如大气压把表面凝固薄层压陷呈现表面凹陷及局部热节凹陷, 铁液中气体析出至顶部壳中形成含气孔的暗缩孔, 若铁液中析出气体与外界相通则形成明缩孔。球墨铸铁共晶凝固时间比灰铸铁长, 呈粥状凝固, 凝固外壳较薄弱, 二次膨胀时在石墨化膨胀力作用下使外壳膨胀, 松弛了内部压力。因此, 在二次收缩过程中, 最后凝固的热节部位内部压力低于大气压, 被树枝晶分隔的小溶池处成为真空区, 完全凝固后成为孔壁粗糙、排满树枝晶的疏松孔, 形成缩松缺陷。含磷量高, 显著增大缩松倾向, 尤其在高磷条件下易形成碳化物-磷共晶复合物, 更增加缩松、缩孔倾向。
1.3 皮下气孔
铸件表皮下2～3mm处均匀或蜂窝状分布的球形、椭圆球状或针孔状内壁光滑孔洞, 直径在0.5～3.0mm为皮下气孔, 小件中较多。其形成原因:含镁铁液表面张力大, 易形成氧化膜, 阻碍析出气体和侵入气体排出, 滞留于皮下而形成此缺陷, 且形膜温度随残留镁量增加而提高, 加剧其阻碍作用;薄壁 (7～20mm) 件冷却快、形膜早, 易形成此缺陷;微量Al (0.02%～0.03%) 可显著增加皮下气孔。气体来源主要是降温过程中铁液析出的镁蒸气, 在充型过程中铁液翻滚促其上浮。此外, 中锰球墨铸铁含氮较多, 某些砂芯树脂黏结剂含氮较多, 球墨铸铁糊状凝固特点使气体通道较早被堵塞, 这些因素均可促进此缺陷形成。
1.4 应力变形和裂纹
铸件冷却过程中收缩应力、热应力、相变应力的代数和, 即铸造应力超过该断面金属抗断裂能力, 则形成裂纹。在高温下 (1000～1150℃) 形成热裂, 呈暗褐色不平整断口;在600℃以下弹性范围内出现冷裂, 呈浅褐色光滑平直断口;在600℃以上铸造应力超过屈服极限时可产生塑性变形。当球墨铸铁成分正常时不易热裂。碳硅含量低、碳化物形成元素增加、孕育不足、冷却过快等都可增加铸造应力和冷裂倾向。磷使冷裂倾向增加, 当磷含量超过0.25%还能引起热裂, 铸件壁厚差别大、形状复杂, 易产生变形和裂纹。
1.5 夹渣
夹渣分布于铸件浇注位置上表面、型芯的下面及铸件死角处, 破断面上显现暗黑色无光泽深浅不一的夹杂物, 断续分布。形成一次夹渣的重要原因是原铁液含硫量高, 氧化严重。生成二次渣的主要原因是残留镁量过高, 提高了氧化膜形成温度。电子探针分析表明夹渣含Mg、Si、O、S、C、Al等元素, 是由硅酸镁、氧硫化合物、镁尖晶石等组成。产生原因:球化处理时Mg、Fe与铁液中O、S反应形成渣。当铁液温度低、稀渣剂效果不佳、渣上浮不充分或扒渣不净而残留于铁液中, 此为一次渣。铁液在运输、倒包、浇注, 充型翻滚时氧化膜破碎并被卷入铸型, 在型内上浮吸附硫化物聚集于上表面或死角处, 此为二次渣。一般以二次渣为主。
2 预防措施
2.1 球化衰退
应尽量降低原铁液含硫、氧量, 适当控制温度。可添加稀渣剂使渣充分上浮并充分扒渣, 扒净渣后加草灰、冰晶石粉、石墨粉或其它覆盖剂以隔离空气。加包盖或采用密封式浇注包, 采用氮气或氩气保护可有效地防止球化衰退。应加快浇注, 尽量减少倒包、运输及停留时间。采用钇基重稀土镁球化剂, 其衰退时间可延长1.5～2.0倍;采用轻稀土镁球化剂, 其衰退时间也略长于镁球化剂, 必要时也可适当增加球化剂添加量。由于孕育衰退引起的石墨形态恶化, 补充孕育后可改善。
2.2 缩孔、缩松
提高铁液碳当量, 降低磷含量, 在保证球化条件下尽量降低稀土镁残留量, 并合理使用钼。提高铸型刚度, 如高压造型、树脂砂型、金属型覆砂可减少缩孔缩松, 同时提高铁液碳当量, 适当降低浇注温度, 采用薄而宽的内浇道使其在二次膨胀前凝固封闭, 利用石墨化膨胀补偿铁液液态收缩和凝固收缩, 可以消除缩孔缩松。
2.3 皮下气孔
浇注温度不得低于1300℃, 残留镁量高时, 还应相应提高浇注温度。在保证球化条件下尽量降低残留镁量, 适当使用稀土。采用开放式多流道浇注系统, 使铁液平稳流入型腔, 避免在型腔内翻动, 控制型砂水分≤4.5%, 配入煤粉8%～15% (燃烧生成CO) 可抑制水汽与镁反应形成H2 (铸型表面喷涂锭子油也可起同样作用) 。铸型表面撒冰晶石粉, 高温下与水汽反应形成HF气体保护铁液免受反应, 控制铁液含铝量。严格控制炉料干燥少锈, 冲天炉除湿送风, 减少铁液中气体, 采用少氮或无氮树脂砂等。
2.4 应力变形和裂纹
适当提高碳当量, 降低含磷量, 加强孕育及必要的铸型工艺措施。
2.5 夹渣
3.铝合金铸造缺陷解析 篇三
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收摘 。日 双期) 刁 刃 ?.?& 作简介 衡舟 章 汉男族 工 程 毕 师 于业 南东 大 ?学 原南 京工 学 院/ 目前 从事 造 新 技 铸术 的应 用 推 广 作工
一
1
, 少 减压 负 度越高 有越 于利 样模 解热 产物 过涂通料 层 进人 砂 层有 越利 减少于皱皮 形或成出 现 ,
,
,
,,
。? ?工艺 参 配 合数 影的 响& 浇 注 温度 注 速 浇/
跪
《 铸代谈 》
)
.
(+
1
刀
尸
百
口刀浑!Δ 双 石材 摊#Λ %
缺
陷与 对
策。
度真 度空 工等艺参 数配 合不 当会 引 皱起皮 当浇 注 速度 加 时快 股流 变粗如果 有没相 应 高真 提 度 常空 会出 现 皱皮?)
,,,
,
时尽量按 标 准 学化 分下 限成 熔 炼 液 铁用 有 氧具 性 化能碳脱 的? 砂 (.
。。
砂 可 采
型。
影
皱 皮响 缺陷的 因 素是 多 方面 的
,
应
紧紧
抓,
止措防施
? ?/ 采 用 低 密
2度
,
住有 ,利于泡 沫 塑模 气料化这 个中 心因
素合考
综
#Β
或
Σ ΒΣ ?
作
模样 材
5
?
虑各
方 面影 响 题问
.
。
制
定 最 佳出 工艺来 保 证获 得 。
料
较 大 的铸 件 直或 道 浇可 用 采心空 的模 样 直和
浇道 减以少 发 气量 模 料 密度
(1(
皱无皮 优的 质 消模 失浇注 铸 铁件
3( ?_ 似. 1
Α
Ρ
)
为宜α
。
喷反?呛 火/
注 过浇程 中,
,
?
. / 浇
注 系统应 保 证铁 液流 动平稳平衡迅、
、
由于
气 体模 分热 发 出解体 气量,
速地
充满铸 型
,
以保 泡 证沫塑 料残 渣 和体 气逸
,出
过大
引 喷起火 或喷金 属 液 导 铸致报件废
。
防止一
,
型腔 或被 吸外 排 涂人 层 和 干砂空 隙中
尽, 量少减
方 法是
&
1
浇 注
程 中铁过液流 量 热损耗的以 利加速 模 料 气 化用顶 注采和 侧 虽 不注 出易现 皱 但 皮产会生 内 部 富碳 缺 陷? 为因下 落 的 铁 液流易 将模 样 解 分
。
,
后1 ’?6 ? ? Β 模样 /密度 制在 (控( ) 司舰. =Ρ #
,,
的残
留 卷物人/ 底 注 2 减能少 铸件内 部富碳缺
,
陷,
易在但 顶面 特 是别 厚 大位部 造皱成皮 对 于高 度不
大的小 铸 件采 宜 顶用
注 ,,
。
模样
要 干 上 燥涂料 后要 干 燥 减 水少 分 含量 和 气量 发21 .?/ 增 加 涂 透 料 气 调 整性 好 涂 层 度厚? ( 一, ( 2 _ 为 ? / 宜便以 模 样裂 后解气 体及时 逸 出
,1
大 件宜采用 阶梯式
。
侧
注, 保并 证内浇 道 下由 而 上逐 层 铁 在 进端顶或残
物余 挤至 死 处 角 置 设集 冒 口 渣加 大或切除 量将 皮皱集 中去
除,
。
? +
目 为 2 切忌佳不 同 粒度 干砂 用混 降 低透气 性箱砂 以五 面? 四侧面 和 底 面/ 抽 气结 为最 佳 构时同 控要制
Ψ
负 ,,
? )/ 控制 干 砂 透 气 性粒 度 以 (.
。
?)/ 高提浇 注温度 和 浇注 速 度 铁 液使有充 ,
压
度? 真 空 泵 吸 气 /在真 空 缺 氧条 件下 浇注时 模样将主 要 发 生 气化 而 很 少 燃 烧 使 气量 大 为
,发
,
,,
分
热 将模 量 料化气 减 少其 解分 物 中的 相 固相
液及玻璃 态 成 分
)
_(,
,。
、
降低
。
铁
液 注浇温 度 宜比 型砂铸 造 高
,
9 8 ℃
或 再 些高对 于 负 压 干砂 失消 模 铸造
铁? . + (一? +? ( ℃ 为
,
、
佳
?+ / 控 制注浇温 和 浇注 速度 度以金 属 液 的 热 来童 证保 模样气 化 同 在模 样 时量 生大 产气 体
时
,浇 注液 温度以
、
。
浇 注
液流 由股,
?(
一的
? (.
,
℃温度 范 围 控 制 浇注 速 度
。
,以
免浇
细小 变 大 再粗 转细 小收 包 时 口 冒 补要
,浇
,
、
。
。
速 注度 快 过使促裂 解体 大气量 迸
发,
?+ 合理地 控 制 负压 度 由于 负 缺 压 浇氧 注/
,
?,
/计设 理 合 的浇注 系 统保 证 金 属 充液型
时
模 将料 主要 发 生 化气而 很少燃 烧使 气 发 量 大 为低降 ?? (+5
,
,
平
稳平衡迅 地速充满铸型模样 保以证样裂 解气模体 逸 出型腔之 外 而被吸 排 出去 2 采用顶 注 底
、
、
、
,
泡
沫 塑 模在 空 料 气
中
?《 Θ ℃燃 烧/Θ
时生 成气体
。
《?Θ 】?Θ ,
气体 2 缺氧 条在 下件 只产 生 0 ?
9,
并且, 体气 产 物能及 通时 干过 砂型被 去
抽。
注 侧 注 阶
浇 梯 时 注要 意 注在气 体 焦 状 体 残 余物 到达 死 的角 或顶 端 处设置气 眼 渣 集 口冒
、或
、
、
,
、,
铁与液模 样之 的间 隙 间压 力降
低 加快有 利 于样模分
,
解
液 铁 型 充速
度
加 大切 量除)
。
?, /
提高 涂 层 透的 气
性
1
。、
涂料 的透 气性 取
决 ,
,孔气?
? /型充过程 中产 生 紊 流 或顶 注侧 注 情
,况
于 涂料、 耐中 材料火 的 度 配粒 比及 涂层厚度 好 的 1一 料 涂涂 层 在 (, ?( Ρ Ρ已 有具足 强够 度有并良
下 部
分 模样 被 金属 液 包 围体后 进 行裂解 所产 生 气的体 不能 从金 属 液 排中出 就会 形成 孔气这 种
,,
,
好
的 透 气 性涂层过 厚 会 透使气性 下 降 逸 通 气道受 阻 易 产 气生孔皱 皮 等缺陷 球墨 铸 件涂料铁 不能 人 加有机 将物其 烘 而干提 透高 性 气为涂 因Ι& 含量反 而料 中存 在着 有机 物 残 余 增的 加了
,
、。
,
,。
,
、
气孔 大
而 多并 内且表面 碳 有黑& 防止 措 施改进 工 艺使 液铁平稳 充 型 出 现 不紊流 2 提 高 浇 温注度 提 高 负 压 度? 如 果产 生 紊, ,
,
,
。
易致 气孔 或皱
?3皮/ 低铸降碳 铁当量减少 自由碳数 量 配料, ,
。
流引 起 孔 气降低 压负 / 度2提 涂高 层 型和 透 气砂
,
性
。
《跪代 铸饮》
) .(
+ 1
召刀 忍
及夕
创β
口 Σ%摊# 之%Ξ
缺 与 对陷 策
预发珠 粒龄期 预? 珠发粒 熟化 间称时预 发珠
?.
模 样/含 水有分 涂层 干燥不 良或 发 泡 剂 、
里过含 高 浇注时 会 生产 量大气体而 引起气
孔&
,
,。
龄粒 /
期
,,
不
同预的 发 珠粒 发 其泡 剂戊 烷 量不含
,
,防止
施 措模 型 必须 要 燥 ?干 模 料 按 泡 制
发模工艺特 性操 作 / 涂 层2必 须干 透 ?)/模 样粘 合过 剂多引 气 起
。孔
同 龄 期 长
则戊 含 烷 少量 样模 成形 时质 量 就差 但成后 形模 收 样 也 缩 生 产 小应中 控制预发 珠粒
。
。
期 龄 般一应为
、
,
.
一
.
?Φ 预 发珠粒 期龄控制 不 严 ,
,
,
防止
施措选用 低 气 发的模 型 粘 剂结2 在 保证
模& 尺 寸则 波样动较 大量 也 难质以 保 证 确
,
定
粘。 前牢 下 提用 粘 量越 胶越少 好? + / 浇注 时卷人 空 形 气成 孔
气,,
,。
模
样密 制度 方 法和 模 压力的影 响 密 度较
。
高
如浇注 直时
的
模 样 比 密 度 的低 收缩量线 小 ?但 发 气 大 量/2 常
浇 道
不 充满就 卷会人 空气 这 些 气
体若 能 不 及时排 出 就 会 引 起气 孔
,&
规
法制 模方 其收 缩 大于 冷量却 时使 用 负 方 法 的 压 模样 缩 收 2 模制时 使用 较 的高 汽 蒸压力可 减 少
模样 化 的熟 缩收
。
量。
防措止 施用 采封 式 浇 闭注系 统 注浇时
保
,
,持浇
口 杯内有 一 量 的 定属 液金以保 证 直浇 道处 于 满状充态 外此采用 空 心 直 浇的 模 道 少减 气发
,,
粘, 结 的 剂质量 粘结操 工作艺 胎 具的 定 位 都等 会影 响粘 结 合后组 模样的 度精
+1