鋁合金壓鑄件氣孔氣孔、縮松缺陷的原因，壓鑄工藝必知

對于鋁合金壓鑄廠來講，鋁合金壓鑄件廢品率一直是制約生產(chǎn)效率及成本的關鍵因素之一，對于某些特殊結(jié)構(gòu)的壓鑄件，鑄造廢品比例有時高達40%～50%。鑒于此，有針對性地采取一些改進措施，降低鑄造廢品率，一直是鋁合金壓鑄廠的工作重點之一。

1.主要鑄造缺陷類型

現(xiàn)今的鋁合金壓鑄廠中，鋁合金壓鑄件一般采用金屬型重力鑄造成形。鋁液在充型過程中由于受到某些因素影響，最終鑄造出的鋁合金壓鑄件經(jīng)常會出現(xiàn)各種宏觀或微觀缺陷。經(jīng)過統(tǒng)計，有兩種鑄造缺陷的比例最高，其值甚至能占到綜合廢品率的50%，這兩種常見的鑄造缺陷就是氣孔、縮松（縮孔），下面將對這兩種缺陷進行簡單介紹。

（1）氣孔是鋁合金壓鑄件最常見的一種鑄造缺陷，外觀主要表現(xiàn)為兩種形式：

一種是位于鑄件內(nèi)外表面的大小不同的球狀氣泡，單獨或集聚在一起，孔的內(nèi)壁較光滑；

另一種是分散在鑄件內(nèi)部，以蜂窩狀存在的細小針孔，這種針孔一般在1mm以下，大多集中在鑄件的厚大截面或冷卻速度較慢的部位，針孔周圍比較光整。

氣孔缺陷主要產(chǎn)生在銷孔下方、鑄件頂部，這是因為銷芯和鑲?cè)ψ璧K了氣體的上浮，而頂部氣孔是因為氣體上浮到鋁合金壓鑄件頂部時，氣體不能從頂部順利排出，特別是冒口不在中間的鋁合金壓鑄件更容易產(chǎn)生該缺陷。

（2）縮松、縮孔是鋁合金壓鑄件另一種常見的鑄造缺陷形式，外觀表現(xiàn)為鑄件外表面結(jié)晶組織不緊密，鑄件剖面有許多細小的孔洞。這種缺陷主要存在于鑄件壁的厚薄交界處或內(nèi)澆道附近?？s松造成的孔洞幾何形狀極不規(guī)則，孔的表面粗糙不平，特別是內(nèi)部縮松處的斷面非常疏松，晶粒粗大，成海綿狀。

2.成因分析及改善途徑

（1）氣孔從成因上主要分為兩種：析出性氣孔和侵入性氣孔。析出性氣孔主要指鋁液精煉不徹底或澆注時間過長重新吸氣，鑄件凝固過程中過量的氣體（主要是氫）從鋁液中析出后無法順利排出鑄件而造成的氣孔。侵入性氣孔主要是由于澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理，鋁液在充型過程中卷入大量的氣體，凝固時沒有順利排出型腔造成的。

對于析出性氣孔，首先我們應該關注原材料的儲存環(huán)境。由于澆注用鋁合金進行配制時會用到多種金屬及非金屬材料，如硅、銅、鎂、變質(zhì)劑、清渣劑及細化劑等，這些材料的儲存環(huán)境如果濕度過高，吸濕后會加大熔煉精煉工序氫含量超標的風險，在澆注時，過量的氫若無法及時排出金屬型則會在某些部位出現(xiàn)氣孔。因此原材料的儲存環(huán)境一定要陰涼、干燥，按照活塞行業(yè)的以往經(jīng)驗數(shù)據(jù)，金屬材料的儲存濕度最高不應大于80%，非金屬材料的儲存濕度一般不超過60%。

精煉也是造成氣孔的關鍵工序。精煉的目的是對熔煉完成后的鋁合金液進行凈化，除去鋁液中的氫和氧化夾雜物，如果精煉效果較差，最后極易造成氫含量較高的鋁液轉(zhuǎn)序，澆注出氣孔廢品。對于不同的壓鑄廠，由于精煉工藝過程不盡相同，在此不再對具體的精煉參數(shù)進行闡述。但是不論如何精煉，最后一般都會把氫含量作為衡量鋁液精煉效果的主要量化指標，精煉完成后的鋁液氫含量控制在0.15mL/100g以內(nèi)為佳。

精煉合格的鋁液轉(zhuǎn)入澆注工序后應立即進行澆注生產(chǎn)，不能長時間放置。因為高溫鋁液與空氣接觸時會與空氣中的水蒸氣反應產(chǎn)生氫氣及游離氫，產(chǎn)生的氫會不斷溶解到高溫鋁液中，所以澆注生產(chǎn)的過程也是坩堝爐內(nèi)鋁液不斷吸氣的過程。同時由于氫在高溫鋁液中的溶解度約為鑄件時的19倍，如果鋁液放置時間過長會造成鋁液中氫含量變多，鋁液在型腔中凝固時釋放的氫就會增多。當鋁液中的氫含量達到某個極限狀態(tài)后，鋁合金壓鑄件凝固時析出的氫將無法全部排出，剩余的氫在鋁合金壓鑄件內(nèi)外表面就會形成氣孔。因此，精煉合格的鋁液在空氣中的放置時間不宜過長，一般以少于4h為宜。當鋁液放置時間超過4h后必須重新進行精煉處理。

對于侵入性氣孔，解決辦法主要有增加金屬型的排氣功能、開設排氣槽和排氣塞，傾斜澆注，改進澆注系統(tǒng)比例尺寸，以及對冒口位置進行合理設置等。在澆注開始前，一般會把金屬型傾斜一定的角度，澆注到一定時間后金屬型逐漸復位；同時對于首先與鋁液接觸的直澆道，在設計時也會設定一定的垂直斜度，一般不小于5°。

這兩種工藝斜度主要有兩個目的：

一是為了減小鋁液澆注時的垂直落差，防止鋁液流動過程中翻滾卷氣，保證鋁液平緩進入橫澆道；

二是傾斜澆注可以對鑲環(huán)下方的懸浮氣泡進行沖刷，使之通過鑲環(huán)與金屬型的空隙上浮到頂部。橫澆道進入金屬型型腔的階段尺寸應逐漸收窄，在橫澆道與毛坯的交界處達到最小，這樣鋁液進入型腔時可以保持穩(wěn)定的流速，同時可以防止鋁液在橫澆道產(chǎn)生卷氣現(xiàn)象。鋁液進入型腔后，為了讓鋁液中裹帶的氣體在充型過程中能夠順利排出型腔，一般會在澆道對側(cè)的分型面及銷芯與外模的配合面開設深度不超過0.2mm的排氣槽進行排氣。當鋁液在型腔中上升到頂部極限位置后，為了使氣體能夠順利排出金屬型，一般會在頂模上加設排氣塞并開設頂冒口。頂冒口應開設在鋁合金壓鑄件頂部最為厚大的部位，因為厚大部位不僅最后冷卻，排出的氣體量也最多，極易出現(xiàn)氣孔缺陷。

（2）縮松、縮孔活塞縮松、縮孔缺陷主要是在鋁合金壓鑄件凝固過程中，由于壁厚差造成鋁合金壓鑄件凝固速度不一致引起，常產(chǎn)生在壁厚處或厚薄壁交界處，缺陷產(chǎn)生部位較集中且有規(guī)律。鋁合金壓鑄件目前一般采用“頂朝上”壓鑄工藝形式生產(chǎn)，合金凝固方式盡量建立順序凝固原則。但由于鋁合金壓鑄件結(jié)構(gòu)的原因，實際上一個鋁合金壓鑄件上往往既有同時凝固，也有順序凝固，因此要解決該問題，常采用改變鋁合金壓鑄件截面厚度、調(diào)節(jié)金屬型冷卻、改變澆道或冒口位置和形狀等措施予以解決。

加強過熱部位的冷卻是保證鋁合金壓鑄件實現(xiàn)順序凝固的必要條件。對于手工鑄造金屬型，一般在鋁合金壓鑄件的厚大部位增設一定厚度的冷鐵或鑲嵌導熱性能極好的金屬材料如純銅。據(jù)試驗，相同條件下，純銅的熱導率是鑄鐵及鋼的8倍左右。對于機械鑄造金屬型，一般會開設串水系統(tǒng)，實行強制冷卻，合理地設置串水參數(shù)及各部件的串水順序是保證鑄件實現(xiàn)順序冷卻的關鍵。從鑄件整體來看，我們的冷卻順序一般是由內(nèi)到外。從金屬型各部件來講，冷卻順序一般是銷芯、內(nèi)芯、外模、頂模。由于活塞直徑及結(jié)構(gòu)各不相同，串水參數(shù)的具體數(shù)值一般通過多次試驗進行確定。

另外，為了加速過熱部位的冷卻效果，一般還會在過熱部位開設1～1.5mm深的V形槽，以加強鋁合金壓鑄件過熱處的散熱效果。

除了對過熱部位加強冷卻外，還可對過熱部位加大或開設一定的補縮冒口，加強該部位的補縮效果。如活塞出現(xiàn)頂面縮松時，一般會加大頂面補縮冒口的體積；如果頂部偏離中心的部位容易出現(xiàn)縮松，也可以設置偏心冒口。對于裙部存在加強筋的活塞，當加強筋厚度較厚無法及時補縮時，可以在不利于補縮的部位增設暗冒口進行強制補縮。對于某些結(jié)構(gòu)比較復雜的活塞，在同一橫截面上當遠離澆道的部位比較厚大而距過橋較近的部位壁厚較薄時，為便于厚大部位的補縮，可以人為加大薄壁部位的外圓壁厚，使鋁液能順利通過。

3.結(jié)語

以上只是對鋁合金壓鑄件的兩種常見缺陷進行了分析、探討，在鋁合金壓鑄件的實際生產(chǎn)過程中，因為鑄件的結(jié)構(gòu)多種多樣，鑄造缺陷種類還要更加復雜。但只要從鋁合金壓鑄的基本原理出發(fā)，立足于工藝流程、金屬型結(jié)構(gòu)、過程控制這幾個基本出發(fā)點，不難找出鑄造缺陷的主要成因，進而通過試驗改進，降低鑄造廢品率。對于壓鑄廠來講，深入細致地分析鑄造缺陷并實施降低鑄造廢品率的過程，就是降低生產(chǎn)成本、技術創(chuàng)新的過程，意義非常重大。