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铸铝件的材料成分、变质控制及净化处理跟加工性能特点

2024-01-27 23:58:48

【一】、铸铝件的材料成分、变质控制及净化处理

随着汽车排放标准的提升,降低汽车发动机排放、降低耗油、提高燃烧效率,都使汽车趋于轻量化,轻量化对于汽车业的发展具有重要意义。据统计,目前国内自主乘用车较国外同类车自重高约8%~10%,国内自主商用车较国外同类车自重高约10%~15%。若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%~8%。

在材料方面,很多铸钢、铸铁类结构件、功能件正逐步被密度较小的铝合金或其他合金所替代,包括一些汽油发动机的缸体缸盖,尤其在新能源汽车上铝合金零件的占比越来越高。近年来,国内铸铝件铸造技术方面也取得了重大的进展和突破,为新能源汽车的发展提供了有力支撑。

压铝铸件成型,主要有高压铸造、低压铸造和重力浇铸几种方式,他们都有各自不同的优缺点。而一些形状(尤其内腔形状)比较复杂的空腔、管类铸铝件,需要使用砂芯、盐芯、蜡模等消失心芯,一般采用重力浇铸。

合金成分对合金的组织和性能有很大的影响,合金成分控制也是合金处理过程中重要的工作之一。常规元素成分普遍采用直读光谱仪分析,能准确的把握合金的成分状态。

在铝硅合金中可以加入适量的微量元素以细化晶粒、增强其流动性,如钦、错、钒等元素的中间合金。

同时,细化晶粒还有改变合金的补缩能力、减少热裂倾向、改变合金电化学特性等作用。ZL104中的镁会通过MgSi2在铝基体中的沉淀作用对合金具有显著创新服务作用,控制镁的含量,可获得具有很好的塑性、抗拉强度和屈服强度等综合性能。

在铝合金的化学成分中常存在一些对合金性能无益的杂质元素,主要包括铁、锡、铅、钙等,其中影响较大的是铁。这些杂质元素可能是在合金熔炼的过程中从炉料引入,也有可能是从增锅或工具带入到合金中。

铝硅合金中铁主要以铁相硬而脆,往往以粗大的针状穿过相晶粒,削弱基体,降低铝硅合金性能。当铝硅合金中存在Fe相时,其表面氧 化膜将失去连续性,在晶界析出的铁相还会促使铝硅合金发生电化学腐蚀,从而使合金的抗蚀性能下降,因此对合金中的含铁量严加控制,并采用旋转通入影响变质工艺因素主要为:变质剂种类及用量、变质温度、变质时间。

变质剂种类及用量:应根据合金的种类、铸造工艺及对组织控制的具体要求,来选择合适的变质剂种类及用量。铸铝件铝合金变质处理常用的有Na变质、Sr变质、稀土变质等,我们采取综合性能较好的铭变质剂,并配合以钦中间合金作为细化剂使用。

在生产实践中,应考虑到变质剂反应可能进行不全部,所以变质剂用量不能过少,否则变质效果不好。

但变质剂用量也不宜过多,否则会产生过变质现象。因此,变质剂用量一般占炉料重量的0.2%~1.0%。

在生产中,通常加入0.5%就可以保护良好的变质效果。对于金属型铸造的铸铝件,变质剂用量可适当减少。

变质温度:铝液温度高些,对变质反应进行有利,变质速度适宜,效果好,但变质温度不能过高,否则会急剧增加的铝液的氧 化和吸气,并降低增锅的使用寿命。一般来说,变质温度应选择在稍高于浇注温度10℃为宜,这样避免了变质温度过高,可以减少变质后调整温度的时间,有利于提高变质效果和铝液的冶金质量。

变质时间:变质温度越高以及铝液和变质剂接触的状况越好,则所需的变质时间就越短。变质时间应按具体情况,在实验的基础上确定。变质时间太短,则变质反应进行不全部;变质时间过长,会增加变质剂的烧损,增加合金的吸气和氧 化。

【二】、压铸铝件加工性能特点

铝合金是目前应用较广的工业合金之一,而铸造铝硅合金是铸造铝合金中较重要的一个系列。由于具有密度低、强度好、加工性能好、优异的耐腐蚀(以实际报告为主)(以实际报告为主)性和热膨胀性等优点,铸造铝硅合金被广泛的用于生产形状相对复杂、厚壁以及薄壁的大中小型压铸铝件。

随着现代工业的不断发展,工业产品对铝合金的力学性能要求也越来越高,合金化、熔体处理以及热处理等技术都可以地提高铝合金的力学性能。对于铸造铝硅合金而言,其熔体处理技术包括精炼除气除杂、细化处理和变质处理,其中细化处理是解决压铸铝件气孔、裂纹、缩孔缩松、晶粒粗大、羽毛晶、光亮晶等铸造缺陷的较措施之一。

细化处理使铝硅合金组织深受均匀细小的等轴枝晶,改变铸态组织。有研究表明,此方法可显著的提高铝材的强度、韧性等力学性能,并改变加工工艺性能,有利于取消铸造缺陷对后续加工的不良影响。细化处理使铝硅合金获得均匀细小的等轴枝晶有以下几个作用:

(1)细晶创新服务作用。细化处理显著地提高了铝合金的强度与硬度,同时其韧性不会发生明显的降低,从而使铝合金的综合力学性能与加工工艺性能深受明显提升。

晶粒尺寸越小,铝合金的强度越高。

(2)提高产品的塑性,改变铝合金压铸件外观质量,减少加工过程中的表面缺陷。

(3)有利于减少组织内缩松、偏析,防止产生裂纹、缩孔等缺陷,同时提高压铸铝件的压力气密性、防腐(以实际报告为主)(以实际报告为主)性能。

(4)增加熔体的流动性,改变充型能力,取消表面气孔,降低热裂倾向,减少加工过程中的表面缺陷。

目前,有很多方法可以实现铝硅合金的细化处理,人们根据细化处理的定义将细化方法概括为两大类:(1)内生形核质点法,(2)外来形核质点法。每种方法又可以通过多种不同的手段实现。内生形核质点法是通过确定的手段,如凝固、机械场振动、电磁场搅拌、超声波振动等,改变铝硅合金内晶核的数量、或者阻碍晶体的长大来实现细化处理。外来形核质点法是指传统的向铝熔体中加入适量的中间合金以获得形核衬底达到细化目的的方法,中间合金包括铝钦合金,铝硼合金,铝钦硼合金,铝钦碳合金等。


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