秦緒巍　王宣

摘要：通過對鑄鋁合金熔煉的介紹、壓鑄工藝因素對壓鑄件質量的影響的分析，探討鋁合金壓鑄件的氣孔缺陷產(chǎn)生的原因，并提出相應的預防措施。

關鍵詞：鋁合金；壓鑄件；氣孔；工藝因素

中圖分類號：TH11 文獻標識碼：A 文章編號：1672-4437（2014）04-0046-03

1 概述

鋁合金壓鑄件不僅質輕，強度高，工藝性好，更由于壓鑄生產(chǎn)是少無切削金屬成型工藝，因此不僅節(jié)省了大量的金屬，同時也縮短了零件的加工周期，所以，現(xiàn)在越來越多地用于零件成型。過去，我們對鋁合金壓鑄件的氣孔、針孔等缺陷一般都偏重于對壓鑄模具澆注系統(tǒng)的設計改進，排氣槽的合理安排等方面去研究，而忽略了鑄鋁合金在熔化工藝和壓鑄工藝等方面的探討。

現(xiàn)就鑄鋁合金的熔化工藝、壓鑄工藝等方面與壓鑄件氣孔等問題的關系作一些探討。

2 鋁合金的熔煉

2.1 鋁與氫的關系

鋁合金在液態(tài)時有吸收氣體的傾向，所吸收的氣體主要來源于兩個方面，一方面是先天性的鋁材中所含有的氣體，另一方面是后天性的，是在用不同熔化方法所吸收的爐氣，和從周圍環(huán)境潮濕空氣中，爐料上粘附的水分和油污以及未烘干的除氣劑、熔煉中所吸收的水分。由試驗研究表明，鋁合金吸收氣體中含量最多的為氫氣，所以氫氣作為除氣的主要對象。

鋁合金中氫的溶解量隨鋁液的加熱溫度的升高而增加，從600℃左右開始吸收氫氣，至750℃是吸氣量逐漸增加，如表1所示，所以一般控制鋁液溫度不應超過750℃，以免吸收大量氫氣。氫氣溶解于粘液中與鋁成為“液相體”，在凝固時氫不溶解于鋁而逸出，但因鑄件表皮先行凝固，氫無法逸出，因而留在鑄件中，形成氣孔。鑄件根據(jù)氣孔的數(shù)量和大小分為五級。1級氣孔數(shù)量極少，宏觀不易觀察，2級及3級氣孔漸大，4級氣孔出現(xiàn)連續(xù)氣孔，鑄件中若4級氣孔大于20%，即為廢品，5級氣孔即為連續(xù)氣孔，應作為廢品。

2.2 除氣劑

除氣劑的目的是去除鋁合金溶液內(nèi)吸收的氫氣，防止鑄件內(nèi)部產(chǎn)生氣孔，并使結晶變細。除氣劑可分為固體除氣劑和氣體除氣劑兩種。固體除氣劑有ZnCl2、MnCl2、AlCl3等，氣體除氣劑有氯氣和氮氣等。

2.3 鋁合金氧化

鋁氧化時生成氧化鋁，它會強烈地吸收氫氣進入鋁液中，同時鋁及其合金溶液受氧化鋁玷污使其性能劇烈惡化。氧化鋁不溶于鋁液中，但它會使合金流動性降低，使鑄件形成氣孔、裂紋和斑疤的傾向，從而降低了鑄件的機械性能和加工性能。

為取得較純的鋁合金的必要條件，首先是使用干燥無污垢的爐料。金屬表面的水分和銹蝕生成物是合金受氧化而玷污的首要原因。熔煉時，鋁合金的氧化是與爐內(nèi)氣氛的相互作用而發(fā)生的，合金液的溫度越高，氧化程度越劇烈。因此好的熔化條件，不使合金液過熱時防止鋁合金氧化的一個重要內(nèi)容。

2.4 鑄鋁合金的熔煉

將涂有涂料的鑄鐵坩堝加熱至暗紅色（500～600℃）裝入經(jīng)預熱300～400℃同牌號的鋁合金澆口、鋁瓶、廢壓鑄件等，將預熱的鑄鋁合金倒入，熔化后攪拌一分鐘，并升溫至690～710℃，用0.2%的ZnCl2進行除氣精煉，再停留10～15分鐘，除去表面熔渣，即可澆注。鋁液溫度不應超過750℃。

精煉后鋁合金應在2小時內(nèi)澆注完畢，如停留過久，需作快速分析，合格后再作第二次除氣處理，才可澆注。鑄鋁合金停留時間不宜超過4小時，每超過2小時，也需作第二次除氣處理[1]。

3 影響壓鑄件質量的工藝參數(shù)

3.1 澆注溫度

澆注溫度影響壓鑄件的質量。原則上只要金屬液能充滿型腔并保證外型清晰，確保鑄件不留痕可采取澆注溫度盡可能地低，以利于延長模具壽命和方便操作。在澆注薄和復雜的壓鑄件時，澆注和模具溫度上升，但過高的溫度帶來以下缺點：

1）熔化鋁合金一般都用鑄鐵坩堝，溫度高鋁液易吸收鐵質而使含鐵量增加；

2）澆注溫度過高，合金粘度減小，壓鑄時，使鑄件飛邊增多，有時金屬液從模具的分型面處飛濺，或由沖頭和容杯間隙噴出，不利于安全生產(chǎn)；

3）縮短了模具使用壽命；

4）鑄件氣孔增多和擴大；

5）增加了氫氣吸收量；

6） 加快沖頭磨損。

在冷壓室壓鑄機上澆注鋁合金應盡量保持澆注溫度在590～700℃范圍內(nèi)（一般以不超過合金液相線以上30～70℃為宜）。[2]建議澆注溫度參數(shù)如表2。

3.2 壓鑄模具溫度

模具溫度主要與合金溫度和它的熱容量有關，此外與機器操作快慢，模具的大小和每次澆注金屬的多少及鑄件的形狀等都有密切關系。當每一操作循環(huán)中模具所吸收的熱量和它消失的熱量（由于空氣對流、水冷卻、加潤滑劑等）趨向于平衡后，模具溫度才不致于繼續(xù)上升或下降。

過高的模具溫度將會引起金屬粘膜，鑄件頂出變形，鑄型局部產(chǎn)生卡住現(xiàn)象而遭到損壞或降低生產(chǎn)率。建議模具的溫度參數(shù)如表3所示。

3.3 壓射比壓、注射速度和充填速度

每平方厘米面積上合金液所受到的靜壓力即為比壓。提高比壓可獲得致密性和機械性能好的鑄件，但高比壓會增加金屬粘膜的可能性，減少鑄型壽命。因此根據(jù)不同合金鑄件正確選擇比壓很重要?？赏ㄟ^調(diào)整壓鑄機注射力大小和壓力室氣缸直徑來到改變比壓。現(xiàn)建議比壓參數(shù)見表4。[2]

3.4 充填時間和保壓時間

充填時間是指金屬液自開始進入型腔到充滿全過程的時間，一般為0.03～0.2s[2]。充填時間與充填速度和內(nèi)澆口截面積成反比。

保壓時間是指鋁液充滿型腔到凝固前的保持時間。熔點低，結晶范圍大的合金厚壁鑄件約為2～3s，熔點高，結晶范圍下的合金薄壁鑄件約為1～2s[2]。

4 從工藝上分析壓鑄件氣孔缺陷原因并探討預防措施

4.1 氣孔形成

1） 分散性氣孔

該類氣孔形狀近似圓形或橢圓形。形成原因是由于在鋁液進入型腔時，氣體被一起分散到鑄件型腔里。當澆注系統(tǒng)設計不合理，注射力不足時，易導致這種類型的氣孔。當以紊流狀態(tài)充填型腔時，尤其是以噴霧狀態(tài)充填型腔時，更易導致該類分散性氣孔的產(chǎn)生。

2） 扁形氣孔

在鑄件內(nèi)壁形成的氣孔呈扁形，形成這種氣孔的原因在于卷入大量氣體所致。

鋁液中卷有氣體，在充滿型腔后，由于壓射活塞開始增壓，壓力直到內(nèi)澆口處鋁液完全凝固為止。壓射增壓壓力將卷入鋁液中的氣體壓縮到很小而隨鋁液的氣泡在高壓下被擠壓成扁小的氣孔，這就是產(chǎn)生了扁形氣孔的原因。

如壓射力不足，增壓壓力又小時，則被卷入鋁液的大量氣體，不能被壓縮到很小的體積時，就易產(chǎn)生大面積的氣孔。

4.2 預防措施

1） 嚴格遵守壓鑄鋁合金的熔化工藝規(guī)范

a. 爐料應放置在干燥的場所，避免日曬雨淋而受潮，以免熔化時氫氣含量增加；

b. 與鋁液接觸的工具必須涂上涂料并預熱；

c. 熔煉時，應嚴格控制鋁液溫度，以不超過750℃為界限，鋁液溫度越高，氫氣吸入量越多。經(jīng)除氣精煉后的鋁液在坩堝的停留時間越長，含氣量增加越快；

d. 除氣劑應充分干燥。

2） 正確選擇模具涂料，選用的涂料揮發(fā)性氣體少，揮發(fā)溫度低，操作時間應涂刷均勻，防止氣體卷入鋁液中。

3） 壓鑄模具的深腔及氣體不易排出部位應采用鑲塊或型芯、頂桿等配合間隙排氣。

4） 選用合理的壓鑄工藝參數(shù)

a. 在滿足鑄件成型的前提下，采用低的壓射速度，以減少鋁液出現(xiàn)的紊流現(xiàn)象；

b. 適當選用高的比壓；

c. 壓室和沖頭間隙不宜過小；

d. 按時清洗壓鑄模具，特別是堵死排氣的部位應清理干凈。

當前壓鑄生產(chǎn)中，為獲得高質量、少氣孔的壓鑄件，一般采用低的澆注溫度，厚的內(nèi)澆口，以降低鋁液通過內(nèi)澆口的速度，這樣有利于鋁液順序充滿型腔，減少渦流產(chǎn)生，而且厚的內(nèi)澆口又能是壓射終止時的增壓壓力作用在鋁液時間加長[3]。

綜上所述，鋁合金壓鑄件的氣孔缺陷主要由于鑄鋁合金在熔煉時吸收了氣體和在壓鑄操作過程中，鋁液卷入型腔大量氣體所致，因此預防措施即從該工藝上解決。從模具上創(chuàng)造良好的澆注系統(tǒng)和排氣條件，從工藝上采取有效措施，即可獲得優(yōu)質、少氣孔的壓鑄件。

參考文獻：

[1] 胡忠等著.鋁鎂合金鑄造實踐[M].

[2] 鋁合金壓鑄件 HB5012-1986

[3] 洪都機械廠編[Z].航空鑄造工藝手冊.

Abstract： This paper introduces melt of cast aluminium alloy ， analysis impact on the quality of die casting by technological factors， and explore the causes of blowhole defect of aluminium alloy die casting ，put forward the corresponding preventive measures.

Key words： Aluminium alloy ； Die casting product ； Blowhole； Technological factor