铸造铝合金材料基础知识

铸造铝合金基础知识一、主要合金元素的作用1、 硅(Si):硅是改善流动性能的主要成份。从共晶到过共晶都能得到好的流动性。但结晶析出的硅易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。亚共晶铝硅合金中，硅可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温强度，提高合金的耐磨性，而使延伸率降低。硅含量增加，铝合金的的热胀冷缩性能减小，使合金不易出现热裂纹。2、 铜(Cu):铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化作用。CuAl2有着明显的时效强化效果。Al—Cu合金各种状态的力学性能与铜含量有关，在铝合金中固溶进铜(Cu)，机械性能可以提高，切削性变好。不过，耐蚀性降低，容易发生热间裂痕。3、 镁(Mg):铝镁合金的耐蚀性最好，因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金，它的凝固范围很大，所以有热脆性，铸件易产生裂纹，难以铸造。作为杂质的镁(Mg)，在AL-Cu-Si这种材料中，Mg2Si会使铸件变脆，所以一般标准在0.3%以内。一定含量的镁能使铸造铝合金具有热处理强化特性，提高铝合金的强度、硬度。4、 铁(Fe)杂质的铁(Fe)会生成FeAl3的针状结晶，由于压铸是急冷，所以析出的晶体很细，不能说是有害成份。含量低于0.7%则有不易脱模的现象，所以含铁(Fe)0.8〜1.0%反而好压铸。含有大量的铁(Fe),会生成金属化合物，形成硬点。并且含铁(Fe)量过1.2%时，降低合金流动性，损害铸件的品质，缩短压铸设备中金属组件的寿命。5、 镍(Ni)和铜(Cu)—样，有增加抗拉强度和硬度的倾向，对耐蚀性影响很大。想要改善高温强度和耐热性，有时就加入镍(Ni)，但在耐蚀性及热导性方面有降低的影响。6、 锰(Mn)能改善含铜(Cu)、含硅(Si)合金的高温强度。若超过一定限度，易生成Al-Si-Fe-Mn四元化合物，容易形成硬点以及降低导热性。锰(Mn)能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe)，减小铁的有害影响。锰(Mn)是铝合金的重要元素，可以单独加入Al-Mn二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰(Mn)。7、 锌(Zn)少量锌能提高合金的强度和硬度，提高合金的耐蚀性，能提高合金的时效强化效果。若含有杂质锌(Zn)，高温脆性大，但与汞(Hg)形成强化HgZn2对合金产生明显强度作用。JIS中规定在1.0%以内，这里所讲的当然不是合金成份的锌(Zn)，而是以杂质锌(Zn)的角色来说，它有使铸件产生裂纹的倾向。二、铝合金锭的主要技术指标(化学成份以外的)及对压铸生产的影响1、针孔：铝合金锭的铸造过程，或多或少会有一些残留的气体溶解在铝液中，从而形成针孔，如下图，小的孔洞为针孔，此为可接收极限样本。大的孔洞为缩孔，是由于冷却收缩造成孔洞，缩孔对压铸的不良影响较小。对于针孔不合格者，压铸厂熔炼时，要通过精炼除去铝液中的气体。精炼后要静置15分钟以上，以便气体钟以逸出，否则压铸产品中会有大量针孔存在。2、 硬质点：铝合金锭中由于生产工艺不良造成的，含有氧化夹杂、炉渣等夹杂物，下图中大的黑点即为高铁相硬质点，会造成加工过程打刀现象，处理方法同上。3、 渣含量：铝合金在生产过程中由于搅拌不匀、静置时间不够等原因，使铝液中的硅、镁等元素没有与铝很好的溶合，就被铸造成锭，压铸厂重焰时，这些元素就上浮到表面，形成一层熔点略高的高硅、高镁的铝合金层。这些渣虽然是金属，但由于成份与基体成分相差较大，一般不能在压铸厂回收利用，而要送熔炼厂回收利用，一般渣含量小于1.5%为合格，大于2%时就要进行索赔。渣含量超标对压铸件的质量影响不大，主要是影响压铸厂的收率。三、压铸生产常见问题：1、 裂纹：特征：铸件上合金基体被破坏或断开形成细丝状的缝隙，有穿透的和不穿透的两种，有发展趋势。裂纹可以分为冷裂纹和热裂纹两种，他们的主要区别是冷裂纹铸件开裂处金属未被氧化，热裂纹铸件开裂处金属被氧化。处理方法：1X严格控制有害杂质，调整合金成分。2X改进铸件结构，减少壁厚差，增大铸造圆角。3X缩短开模及抽芯时间。2、 欠铸特征：金属液未充满型腔，铸件上出现填充不完整的部位。1） 改善合金的流动性。2） 采用正确的熔炼工艺，排除气体及非金属夹杂物；3） 适当提高合金浇注温度和模具温度；4） 提高压射速度；5） 改进铸件结构，适当调整壁厚。3、 有色斑点特征：铸件表面上呈现的不同于基体金属的斑点，一般由涂料碳化物形成。1） 涂料使用应薄而均匀，不能堆积，要用压缩空气吹散；2） 减少涂料中的石墨含量或选用无石墨水基涂料。4、 硬质点特征：铸件基体内存在有硬度高于金属基体的细小质点或块状物，使加工困难，刀具磨损严重，加工后铸件上常常显示出不同亮度的硬质点。处理方法：1） 熔炼时要减少不必要的搅动和过热，保持合金液洁净，铝合金液长期在炉内保温时，应周期性精炼去气；2） 铝合金中含有钛、锰、铁等元素时，应勿使偏析并保持洁净，用干燥的精炼剂精炼，但在铝合金含有镁时，要注意补偿；3） 铝合金中含铜、铁量多时，应使含硅量降低到10.5%以下，适当控制浇注温度，以免硅析出。5、 渗漏特征：压铸件经试验产生漏水、漏气或渗水渗漏，一般是由铸件内部存在缩松引起的。处理方法：1） 提高比压；2） 改进浇注系统和排气系统；3） 选用良好合金；4） 尽量避免加工；5） 铸件进行浸渗处理。6、熔汤浓浓的流动性差，难压铸,。特征：金属熔化成液体后，会产生锅底物（沉淀物），高品位与低品位的金属，只是锅底物多少之别而已，铝硅合金中要加入10%左右的硅，原料金属硅就带入钙（Ca）、铁（Fe）等杂质，并增加了氧化钙等杂质，锅底物主要为金属化合物杂质，升高温度不起作用，成分与基本成分相差较大，不能再用于浇铸件。处理方法：1X铝合金锭熔炼出汤时，沉底料一定要隔离分开，不能混入汤料中铸锭；2X用户在压铸生产过程中，每一坩锅铝汤需在浇到一定剩余量时清理锅底沉淀物及清理坩锅，不允许在浇注过程中不断加入浇冒