凯发国际 汽車鋁輪轂低壓鑄造缺陷的成因及預防

摘要：低壓鑄造生產過程中，鑄件經常存在一些缺陷，如：氣孔、縮孔、縮松、夾渣等，這些缺陷產生的原因不單純是澆注工藝問題，而是由一種或幾種原因相互作用并不斷變化時產生的，本文針對具體缺陷提出相應的預防措施。
   關鍵詞：低壓鑄造 ；縮孔 ；縮松 ；氣孔 ；夾渣 ；冷隔。

一縮孔與縮松缺陷


3.1縮孔與縮松缺陷的形成機理
合金在冷凝過程中由于體積的收縮而在鑄件厚大部位形成管狀、嗽叭狀或分散孔洞稱為縮孔；形成細小的孔隙稱為縮松。縮孔的相對體積與液態金屬的溫度、冷卻條件等有關。液態金屬的溫度愈高，則液體與固體之間體積差愈大，而縮孔的體積也愈大。在薄壁鑄型中澆注金屬時，型壁迅速受熱而冷卻型壁的空氣則是熱的不良導體，因此型壁越薄則受熱越快，液體金屬也越不易冷卻，金屬液冷凝后產生的縮孔也愈大。總之，液體金屬的冷凝條件，對縮孔體積的大小有顯著的影響。產生縮松的主要原因與縮孔相同，也是由于金屬凝固時的體積收縮所造成。因此在縮孔附近一般常存在著較多的縮松。

3.2縮孔與縮松缺陷的預防方法
由于低壓鑄造是反重力鑄造，重力時刻都在阻礙補縮。因而無論對于砂型鑄造還是金屬型鑄造、同時凝固的鑄件還是順序凝固的鑄件，液面加壓控制系統質量的好壞都是決定鑄件致密性的關鍵。尤其是對于薄壁件金屬型鑄造，凝固時間本來就不長。當充型至型頂時液態金屬中固相部分已經占有相當大的比例，此時應立即急速升壓，以便克服重力的負作用，進行補縮。這對鑄件致密性是極為關鍵的。目前有些液面加壓控制系統在這關鍵時刻仍舊按充型速度緩慢加壓或壓力越高升壓速度卻越慢，其后果是貽誤了補縮的良機。當液態金屬凝固結束后，無論增壓多大都起不到補縮的作用。鑄件補縮不足可導致致密度低，容易產生縮孔與縮松。生產有時補縮壓力已經很高（可達0.2MPa），但鑄件仍有縮松缺陷，致使打壓滲漏率太高。在補縮通道合理時，這主要是因為控制系統增壓的時機沒控制好，而不是所謂“補縮壓力大小對鑄件致密性影響不大”的錯誤說法。例如：某廠試生產*種較大的薄壁件，試制很長時間沒鑄出合格的鑄件。該鑄件縮松多、致密性差、打壓滲漏嚴重。當將老式的液面加壓控制系統換成閉環反饋的“CLP-3型”低壓鑄造液面控制系統后，在原工藝沒有改變的情況下生產出合格的鑄件。由此可見，液面加壓控制系統在低壓鑄造生產中的作用是極其重要的。具體預防措施見下表

二 氣孔缺陷

4.1氣孔缺陷的分類

鑄件氣孔缺陷主要分為析出性氣孔、反應性氣孔、侵入性氣孔。在低壓鑄造中，產生氣體的根源很多，主要有如下方面：a、存在于型腔中的空氣b、濕芯中析出的水蒸氣c、烘烤燒毀粘結劑而產生的氣體d、從坩堝沖到型腔中的空氣或惰性氣體e、由于鑄型的涂料沒有充分烘干而產生的水蒸氣f、由于合金中溶解有氣體，在冷卻過程中析出來的氣體。析出性氣孔主要均勻分布在內部靠近冒口處、熱節溫度較高區域，氣孔細小且分散經常同縮孔共存。反應性氣孔主要均勻分布在型壁與鑄件的接觸面上，氣孔表面光滑，呈銀白色（鑄鋼件），金屬光亮色或暗色。侵入性氣孔分布在鑄件上部，孔洞光滑。


4.2氣孔缺陷的形成機理

析出性氣孔是金屬熔化時含有的氣體在液態金屬冷卻凝固時，氣體溶解度下降而析出氣體，因來不及從型腔排除，而產生氣孔。反應性氣孔是型壁物質同液態金屬表面或在液態金屬內部發生化學反應所產生的氣孔。侵入性氣孔多為外界氣體在壓力或其它原因的作用下侵入合金液所產生的。


4.3氣孔缺陷的預防方法

從鑄造熔煉工藝方面考慮可以采用下列方法預防氣孔缺陷的產生。
a、任何種類的金屬熔煉時間都應盡可能縮短，以防時間過長使液態金屬吸氣量增大。例如：某廠生產鋁鐵錳黃銅鑄件，2.5小時熔清出爐，澆注的鑄件氣密性合格，但6小時熔清出爐后澆注的鑄件在工藝不變的前提下鑄件全部因氣密性不合格而報廢。當恢復熔清時間后鑄件氣密性全部合格，這充分說明熔煉時間對鑄件氣密性有較大的影響。
b、含鋁的合金應盡可能不用工頻爐熔煉，因為這種爐子的攪拌能力極強，而鋁與空氣接觸很易氧化成Al2O3，并進入液態金屬中成為熔渣，也為氣體的析出提供機會。同時也容易與H2O發生反應，使液態金屬吸入H2氣。
c、投料時應先投入熔點低的料，依次投入熔點高的料，這樣會使金屬吸氣量小，其原因就在于爐料與空氣接觸面積和時間均減少。
d、液態金屬除氣后應立即扒渣、澆注，不可停留過久，以防再吸氣。

在低壓鑄造中，要特別注意鑄型的排氣。與一般澆注比較，低壓鑄造的鑄型排氣條件比較差，因用于低壓鑄造的鑄型基本上是密封的，金屬液的充型速度又比較快，不象一般澆注中能通過明冒口等措施來排氣，而低壓鑄造的鑄型只能從分型面處和排氣孔中排氣。往往因鑄型排氣不暢而澆不出成形鑄件，或者是產生“包氣”現象，或者因模具
憋氣出使鑄件輪廓不清，排氣不暢會在澆注過程中產生與充型方向相反的“反壓力”。使金屬液壓在上升過程中產生波動，影響鑄件質量，因此在低壓鑄造的鑄型設計過程中，除了考慮鑄件的順序凝固外，排氣條件是不可忽視的因素。在澆注時，熱的金屬液進入型腔，型腔中的氣體被加熱以后，會強烈成倍地增加它的體積，所以在考慮鑄型工藝時，要特別著重排除氣體產生的根源。例如：砂芯在裝配時，潮芯的表面層含水量不應超過5%～6%，而砂芯應有適當的通氣道。由于鎂合金鑄造，型砂和芯砂的附加物，應控制在較低的范圍內。用油砂芯應仔細烘烤。金屬型表面的涂料層脫落后，應重新噴涂并重新干燥。低壓鑄造運用金屬型時，排氣裝置通常有：
a、排氣槽，一般開在分型面上，系三角形，深0.5mm,寬1mm左右;
b、排氣片，一般用在帶葉片的鑄件，排氣片厚度一片不大于0.2mm,寬度均為100mm左右，排氣片根部開口R2的圓角，以便脫型取件時將鉆入排氣片的鋁箔一起脫出，排氣片位置一般開在葉片死角和較高處，排氣片中心線要求與脫型取件方向一致，較好能有一定的拔模斜度，防止鉆進排氣片的鋁箔斷在里面，堵死通道，失去排氣作用。
c、排氣針、排氣塞和排氣砂孔，可根據鑄件的結構特點，在局部鑄件的死角采用此法，即在模具里鑲進排氣塞和梅花狀的金屬棒，由于排氣塞和梅花針狀的棒上有細槽和縫隙，氣體可以從這此細槽和縫隙中排出，梅花形狀的細槽為三角形，深度不超過0.5mm，排氣塞根據不同要求，可選用不同的形式，但梅花針和排氣塞比較麻煩，需經常拆卸，清除鉆進的飛刺，故不被常用，為達到排氣效果，也可在原來考慮鑲排氣針的孔里填進型砂，利用型砂的透氣性來排氣。該孔不宜太大，直徑一般不超過6mm，由于型砂導熱性差故不宜開在鑄件厚處。
d、曲縫隙排氣，一般設置在鑄件的頂部，即冒口或集渣槽的上部。曲折縫隙對金屬流動的阻力是較大的，但對氣體的排出則比較通暢，排氣效果較好，但要注意取出鑄件方便。
E、蓄氣槽，主要用于排氣比較困難的大平面鑄件，對這一類鑄件，除了考慮其他的排氣措施處，在需要加工的大平面上開設蓄氣花槽，這種花槽除本身可以儲存部分氣體外，還溝通了排氣通道，有利于型腔中氣體的排除，槽的形狀也是三角形的。f、涂料蓄氣，因為涂料本身也是一種蓄氣的有效措施，涂料噴在熱模具上會形成微小的毛細疙瘩，這些毛細疙瘩起了“蓄氣庫”的作用，所以在鑄件表面粗糙度允許在情況下，也利用金屬液的流動，這里盡量不用發生性強烈的涂料（如石墨油等），通常用氧化鋅。

總之，排氣的方法是多種多樣的，只要根據鑄件的特點，綜合考慮鑄件的充型情況，選擇合理的排氣位置，采取不同的排氣措施是能夠得到良好的排氣條件從而預防氣孔缺陷的產生。

三 表面粗糙缺陷


5.1表面粗糙缺陷的成因

表面粗糙缺陷是鑄件受型壁表面粗糙度的制約使鑄件表面光潔度不滿足設計、用戶要求，從而導致鑄件不能合格。


5.2表面粗糙缺陷的預防措施

表面粗糙缺陷的預防措施主要有如下幾點。a、降低鑄型溫度，使液態金屬在充型結殼時容易產生一層硬殼，從而降低砂型鑄件表面粗糙度值。b、創造條件使型壁與液態金屬之間能產生氣膜，這可以顯著降低鑄件表面粗糙度值。c、使用涂料可改善砂型鑄件表面粗糙程度，這是眾所周知的。但能減小型壁表面的透氣性，以延長型壁上氣膜存在時間而達到降低鑄件表面粗糙度值的這一機理，卻很少被人注意。d、在不影響補縮的前提下，適應減小充型時的壓力值，從而減少液態金屬浸入砂粒的深度，又可減少排擠氣膜的液態金屬靜壓，達到降低鑄件表面粗糙值的目的。e、增大液態金屬與型壁之間的潤濕度。

四 其它缺陷

低壓鑄造產生缺陷的種類較多，這里簡要對夾渣、冷隔缺陷做一個簡要分析。低壓鑄造的鑄件，常常產生氧化夾渣。其來源有三種：一是連續生產時，往坩堝中補加鋁液時，氧化夾渣被沖進澆注管，澆注時又被帶進鑄型；二是澆注管的液面反復升降造成氧化皮；三是澆注過程中加壓速度過快，由于噴濺而產生的氧化皮；或因鑄型材料和涂料的脫落而造成的夾渣。在升液管口或在鑄型澆口部分采用過濾網；保證充型速度平穩上升，無沖擊噴濺現象是解決夾渣缺陷的基本原理。冷隔缺陷表現在鑄件的分層，對流的金屬沒有能很好的熔成一體。形成原因是鑄型或金屬液溫度較低、涂料不適或壓力偏低。形成冷隔的主要原因是氣隔。因為金屬液在充型過程中，主要是受到二個方面的作用力，一是坩堝中的壓力使它向上升，而型腔中氣體的反壓力妨礙它向上升。如果鑄型各部排氣不均衡，在排氣順利的地方出現低壓區，進入型腔的鋁液在壓差的作用下自然會首先沖向低壓區，結果鋁液面的平衡性被破壞了，低壓區的排氣通道被先沖上來的鋁液堵死了，到主流上來時，氣體排不掉而被夾在中間形成氣隔。根據這個認識，必須使鑄型的排氣均衡，問題就易于解決了。

五 結論

在低壓鑄造生產中，氣孔、縮孔、縮松、渣孔、裂紋、粘砂、冷隔等缺陷的存在是造成鑄件報廢的主要原因。通常產生這些缺陷的原因是多方面的。一種缺陷可能有幾種產生原因，某一種原因又可能產生不同缺陷，且缺陷產生的原因因素是相互聯系而不斷變化的，因此必須根據當時的條件具體地分析，以便采取相應的措施，防止缺陷的產生。從而提高鑄件合格率、降低成本充分發揮鑄造生產的優越性。本文由 青島拋丸機 生產廠家青島淳九整理，更多拋丸機相關內容請參考拋丸機網站

參考文獻

1  《低壓及差壓鑄造理論與實踐》 董秀琦主編  機械出版社;
 2  《簡明鑄工手冊》第二版  上海鑄造協會編  機械出版社;
3  《鑄造手冊—特種鑄造》第二版  中國機械工程學會鑄造分會編 機械工業出版社;
 4  《鑄造工程基礎》  魏華勝主編  機械工業出版社.