低壓鑄造缺陷的成因及預(yù)防分析

1、低壓鑄造缺陷的成因及預(yù)防摘要：低壓鑄造生產(chǎn)過程中，鑄件經(jīng)常存在一些缺陷，如：氣孔、縮孔、縮松、夾渣等，這些缺陷產(chǎn)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(shí)產(chǎn)生的，本文針對(duì)具體缺陷提出相應(yīng)的預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：低壓鑄造；縮孔；縮松；氣孔；夾渣；冷隔。一緒論1.1課題背景20世紀(jì)20年代初英國(guó)E.H.Lake申請(qǐng)了第一個(gè)低壓鑄造專利，最初主要用于巴氏合金。同時(shí)期法國(guó)制出用于銅，鋁合金的低壓鑄造機(jī)，這種方法真正被推廣應(yīng)用在“二戰(zhàn)”后，被用來生產(chǎn)汽車缸體，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，炊事用具，高硅鋁啤酒桶等。1955年，德國(guó)出現(xiàn)鑄鐵和鑄鋼用低壓鑄造專利。20世紀(jì)60年代英國(guó)率先發(fā)展低壓鑄造汽

2、車輪轂，隨后美、日、德相繼發(fā)展。1989年僅美、日、德三國(guó)用此法就生產(chǎn)630萬只輪轂?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)已用自己研制的低壓鑄造技術(shù)成功地應(yīng)用于一些要求高的復(fù)雜鑄件。目前我國(guó)除引進(jìn)保加利亞設(shè)備和技術(shù)外、并自行研制了適合單件小批生產(chǎn)的低壓鑄造設(shè)備，而這種工藝技術(shù)在我國(guó)的國(guó)防工業(yè)正在發(fā)揮作用。低壓鑄造的壓力也從低壓（0.6Mpa）發(fā)展到中壓（4Mpa合金種類也從鋁鎂合金發(fā)展到銅合金，低壓鑄造設(shè)備也從一般的手動(dòng)控制發(fā)展到目前的微機(jī)自動(dòng)控制。盡管國(guó)內(nèi)的低壓鑄造在鋁合金、鎂合金方面已投入使用，尤其在汽車、摩托車輪箍生產(chǎn)上同先進(jìn)國(guó)家水平不相上下，但生產(chǎn)的鑄件大多局限于外形簡(jiǎn)單、呈中心對(duì)稱的筒形件、而對(duì)于壁厚懸殊、形狀

3、復(fù)雜、承受液、氣壓及X光透視檢查的高要求鋁合金鑄件采用低壓鑄造成形生產(chǎn)的鑄件內(nèi)部還存在一些鑄造缺陷要進(jìn)行探討研究。二低壓鑄造原理及工藝流程低壓鑄造是用氣體壓力將金屬液由上而下壓入型腔，并在壓力下凝固而獲得鑄件的方法.由于與壓鑄相比，其所用壓力較低（一般0.02-0.06MPa）,故稱低壓鑄造。2.1低壓鑄造工藝流程圖2.8為低壓鑄造工藝示意圖，其工藝過程是：將熔煉好的合金液倒入電阻保溫爐的培竭中，裝上密封蓋、升液管及鑄型。在地竭液面上方通入干燥的壓縮空氣，合金液在此壓力下從升液管平穩(wěn)上升，注入并充滿型腔。鑄型內(nèi)合金液在壓力下結(jié)晶，直至全部凝固。撤除液面壓力，升液管內(nèi)合金液在重力作用下流回地竭。

4、開啟鑄型，取出鑄件。圖2.8低壓鑄造工藝示意圖三縮孔與縮松缺陷3.1 縮孔與縮松缺陷的形成機(jī)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(xì)小的孔隙稱為縮松?？s孔的相對(duì)體積與液態(tài)金屬的溫度、冷卻條件等有關(guān)。液態(tài)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(shí)，型壁迅速受熱而冷卻型壁的空氣則是熱的不良導(dǎo)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(chǎn)生的縮孔也愈大?？傊?，液體金屬的冷凝條件，對(duì)縮孔體積的大小有顯著的影響。產(chǎn)生縮松的主要原因與縮孔相同，也是由于金屬凝固時(shí)的體積收縮所造成。因此在縮孔附近一

5、般常存在著較多的縮松。3.2 縮孔與縮松缺陷的預(yù)防方法由于低壓鑄造是反重力鑄造，重力時(shí)刻都在阻礙補(bǔ)縮。因而無論對(duì)于砂型鑄造還是金屬型鑄造、同時(shí)凝固的鑄件還是順序凝固的鑄件，液面加壓控制系統(tǒng)質(zhì)量的好壞都是決定鑄件致密性的關(guān)鍵。尤其是對(duì)于薄壁件金屬型鑄造，凝固時(shí)間本來就不長(zhǎng)。當(dāng)充型至型頂時(shí)液態(tài)金屬中固相部分已經(jīng)占有相當(dāng)大的比例，此時(shí)應(yīng)立即急速升壓，以便克服重力的負(fù)作用，進(jìn)行補(bǔ)縮。這對(duì)鑄件致密性是極為關(guān)鍵的。目前有些液面加壓控制系統(tǒng)在這關(guān)鍵時(shí)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(bǔ)縮的良機(jī)。當(dāng)液態(tài)金屬凝固結(jié)束后，無論增壓多大都起不到補(bǔ)縮的作用。鑄件補(bǔ)縮不足可導(dǎo)致致密度低，容

6、易產(chǎn)生縮孔與縮松。生產(chǎn)有時(shí)補(bǔ)縮壓力已經(jīng)很高（可達(dá)0.2MPai）,但鑄件仍有縮松缺陷，致使打壓滲漏率太高。在補(bǔ)縮通道合理時(shí)，這主要是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)增壓的時(shí)機(jī)沒控制好，而不是所謂“補(bǔ)縮壓力大小對(duì)鑄件致密性影響不大”的錯(cuò)誤說法。四氣孔缺陷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(yīng)性氣孔、侵入性氣孔。在低壓鑄造中，產(chǎn)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(jié)劑而產(chǎn)生的氣體d、從培竭沖到型腔中的空氣或惰性氣體析出性氣孔主要均勻分布在內(nèi)部靠近冒口處、熱節(jié)溫度較高區(qū)域，氣孔細(xì)小且分散經(jīng)常同縮孔共存。反應(yīng)性氣孔主要均勻分布在型壁與鑄件的接觸面

7、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(jī)理析出性氣孔是金屬熔化時(shí)含有的氣體在液態(tài)金屬冷卻凝固時(shí)，氣體溶解度下降而析出氣體，因來不及從型腔排除，而產(chǎn)生氣孔。反應(yīng)性氣孔是型壁物質(zhì)同液態(tài)金屬表面或在液態(tài)金屬內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)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(chǎn)生的。4.3 氣孔缺陷的預(yù)防方法從鑄造熔煉工藝方面考慮可以采用下列方法預(yù)防氣孔缺陷的產(chǎn)生。a、任何種類的金屬熔煉時(shí)間都應(yīng)盡可能縮短，以防時(shí)間過長(zhǎng)使液態(tài)金屬吸氣量增大。b、投料時(shí)應(yīng)先投入熔點(diǎn)低的料，依次投入熔點(diǎn)高的料，這樣會(huì)使金屬吸氣量

8、小，其原因就在于爐料與空氣接觸面積和時(shí)間均減少。、液態(tài)金屬除氣后應(yīng)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(chǎn)生“包氣”現(xiàn)象，或者因模具憋氣出使鑄件輪廓不清，排氣不暢會(huì)在澆注過程中產(chǎn)生與充型方向相反的“反壓力”。使金屬液壓在上升過程中產(chǎn)生波動(dòng)，影響鑄件質(zhì)量，因此在低壓鑄造的鑄型設(shè)計(jì)過程中，除了考慮鑄件的順序凝固外，排氣條件是不

9、可忽視的因素。低壓鑄造運(yùn)用金屬型時(shí)，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100mmfc右，排氣片根部開口R2的圓角，以便脫型取件時(shí)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最高處，排氣片中心線要求與脫型取件方向一致，最好能有一定的拔模斜度，防止鉆進(jìn)排氣片的鋁箔斷在里面，堵死通道，失去排氣作用。c、曲縫隙排氣，一般設(shè)置在鑄件的頂部，即冒口或集渣槽的上部。曲折縫隙對(duì)金屬流動(dòng)的阻力是較大的，但對(duì)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?？傊?，排氣的方

10、法是多種多樣的，只要根據(jù)鑄件的特點(diǎn)，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(yù)防氣孔缺陷的產(chǎn)生。五表面粗糙缺陷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(shè)計(jì)、戶要求，從而導(dǎo)致鑄件不能合格。5.2 表面粗糙缺陷的預(yù)防措施表面粗糙缺陷的預(yù)防措施主要有如下幾點(diǎn)。a、降低鑄型溫度，使液態(tài)金屬在充型結(jié)殼時(shí)容易產(chǎn)生一層硬殼，從而降低砂型鑄件表面粗糙度值。b、創(chuàng)造條件使型壁與液態(tài)金屬之間能產(chǎn)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

11、延長(zhǎng)型壁上氣膜存在時(shí)間而達(dá)到降低鑄件表面粗糙度值的這一機(jī)理，卻很少被人注意。d、在不影響補(bǔ)縮的前提下，適應(yīng)減小充型時(shí)的壓力值，從而減少液態(tài)金屬浸入砂粒的深度，又可減少排擠氣膜的液態(tài)金屬靜壓，達(dá)到降低鑄件表面粗糙值的目的。e、增大液態(tài)金屬與型壁之間的潤(rùn)濕度。六其它缺陷低壓鑄造產(chǎn)生缺陷的種類較多，這里簡(jiǎn)要對(duì)夾渣、冷隔缺陷做一個(gè)簡(jiǎn)要分析。低壓鑄造的鑄件，常常產(chǎn)生氧化夾渣。具來源有三種：一是連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，往地竭中補(bǔ)加鋁液時(shí)，氧化夾渣被沖進(jìn)澆注管，澆注時(shí)又被帶進(jìn)鑄型；二是澆注管的液面反復(fù)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(chǎn)生的氧化皮；或因鑄型材料和涂料的脫落而造成的夾渣。在開液管口或在

12、鑄型澆口部分采用過濾網(wǎng)；保證充型速度平穩(wěn)上升，無沖擊噴濺現(xiàn)象是解決夾渣缺陷的基本原理。冷隔缺陷表現(xiàn)在鑄件的分層，對(duì)流的金屬?zèng)]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?yàn)榻饘僖涸诔湫瓦^程中,主要是受到二個(gè)方面的作用力，一是培竭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(xiàn)低壓區(qū)，進(jìn)入型腔的鋁液在壓差的作用下自然會(huì)首先沖向低壓區(qū)，結(jié)果鋁液面的平衡性被破壞了，低壓區(qū)的排氣通道被先沖上來的鋁液堵死了，到主流上來時(shí)，氣體排不掉而被夾在中間形成氣隔。根據(jù)這個(gè)認(rèn)識(shí)，必須使鑄型的排氣均衡，問題就易于解決了。七結(jié)論在低壓鑄造生產(chǎn)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(bào)廢的主要原因。通常產(chǎn)生這些缺陷的原因是多方面的。一種缺陷可能有幾種產(chǎn)生原因，某一種原因又可能產(chǎn)生不同缺陷，且缺陷產(chǎn)生的原因因素是相互聯(lián)系而不斷變化的，因此