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铸铝件的铸造质量控制同缩松原因预防方法

2024-02-01 01:58:50

<一>、铝铸件的铸造质量控制

1选择合理的浇铸方式

公司由于大多数铸铝件产品结构复杂,是薄壁管类零件,壁厚差异过大,热节位置较多,铸造时成型困难,用普通的浇注方法无法成型完整。为选择较合理的成型方式,利用PROCAST等铸造模拟分析软件对零件进行分析。为保护产品的成型完整,有利于型腔气体以及砂芯产生气体的排出,采用倾转式浇注,并要求设备的倾转角度、倾转速度、动作模式都无级可调。倾斜式浇注有利于铝液全部充型,在倾斜浇注的过程中,合金液流动较为平稳,对型腔冲刷力小,铝液的充型由慢到快再到慢,能做到合金液在型腔中的层流和顺序排气,有利于气体从分模面、排气塞、排气槽、冒口排出,并有利于铝液中不可避免的没有全部处理干净的杂质、渣子等的上浮,聚集在浇冒口中,从而能深受组织致密、力学性能好的铝铸件。倾斜浇注时,根据不同铝铸件的形状、成型顺序调整模具的倾转角度、翻起速度,以达到较好的效果。

2选择合理铸造工艺及参数

影响铝铸件成型和铝铸件质量好坏的主要铸造工艺参数有浇注温度、浇注速度、冷却强度、凝固顺序等。

(1)浇注温度

指注入模具的液体温度,如浇注温度过低,液体在结晶时的气体来不及上浮逸出液面,造成气孔、疏松,还可能产生夹渣及冷隔等铝铸件质量缺陷;浇注温度过高则会导致结晶时产生过大晶粒,由于体收缩过大,浇冒口补缩不足,形成较大的缩松、缩孔,铸造应力过大,产生裂纹,还可能产生羽毛品组织缺陷。

所以技术规范的浇注温度一般情况下浇注温度比合金的实际结晶温度高70-100℃。

同时,浇注温度应根据产品结构、形状的不同,壁厚的差异调整,如某进气管由于结构复杂,壁厚差异变化很大(在10mm长度范围内壁厚从3mm变化至20mm,凸起很多,充型困难,浇注温度需达到760℃左右才能成型完整。

(2)浇注速度

浇注速度不是一个固定的速度,铸造开始与铸造过程不是同一个浇注速度:浇注速度的快与慢对铝液充型、排气、铝铸件成型、结晶、组织和性能有很大影响。在保护铝铸件质量的前提下,应采用较高的浇注速度。

(3)冷却强度

冷却强度也称为冷却速度,冷却强度不但对铝铸件的内应力、裂纹等有影响,而且对铝铸件的结晶速度、晶粒生长方向等组织因素影响大。随着冷却速度的增大,铝铸件结晶速度提高,晶内结构加细化;随着冷却强度增大,铝铸件液穴变浅,过渡带尺寸缩小,使金属补缩条件深受改变,减少或取消了铝铸件中的疏松、气孔等缺陷;铝铸件致密度提高,另外还可以细化初始化合物的尺寸,减小区域偏析的程度。

为使逐渐结晶时有足够的冷却速度,深受较好的组织结构,一般采用循环水冷却,使铝铸件形成很大的温度梯度,使铝铸件冷却。冷却强度对冷却水温度的要求是不可忽视的,通常情况下,冷却水温设定在20-30℃左右,我们的循环冷却水温度一般稳定在25℃左右,冷却强度可依据铸造工艺需要设定为曲线,即冷却时间、间隔的调整,都可由设备PC设定控制,取消铝铸件部分内应力,降低裂纹等缺陷产生的可能性,即可以获得铝铸件。

(4)凝固顺序

一些产品受结构的影响,壁厚差异过大或者局部壁厚过厚,受模具结构限制无法布置冷却水管,或者因为布置冷却水管后距离太远,起不到冷却的效果,采取在模具或者砂芯上布置冷铁来进行强制冷却,使金属补缩条件深受改变,减少或取消了铝铸件中的疏松、气孔等缺陷。

冷铁的材料在实际生产中经常运用到的有:紫铜,铸铁,钢材,铝合金等。其中紫铜的导热系数较高。但紫铜在生产中也有其局限性,由于成本较其他几种材料高,而且紫铜的熔点很高,冷铁的形状无法用铸造的方法获得,进行机械加工,成型周期长,工序复杂,不适合大批量的生产。铸铁,钢材和铝合金导热系数较紫铜要低,冷却效果稍差,所以在生产应用中冷铁的表面积和体积做的稍微大一些。但都可以采用铸造的方法获得,成型工序简单,适合于大批量的生产。

冷铁的安装布置一般可分为两种:一种直接安装的模具上,一般采用紫铜材料;另外一种是安放在砂芯上,可以用其他材料。两种安装方法各有优缺点。在模具上布置安装紫铜冷铁,冷铁的形状、位置、大小受模具结构、铝铸件结构、模具加热管路以及模具冷却水路的限制,但冷铁与模具材料接触,导热较快,冷却效果很好。安装在砂芯上的冷铁,由于砂芯是热的不良导体,导热效果差,主要靠冷铁本身的热容量吸热,冷却效果有限。

<二>、大型铝合金铸件缩松原因预防方法

大型铝合金铸件缩松一般产生在内浇道附近飞冒口根部厚大部位、壁的厚薄转接处和具有大平面的薄壁处。在铸态时断口为灰色,浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在X光底片上呈云雾状严重的呈丝状缩松可通过X光、荧光低倍断口等检查方法发现。

产生缩松的主要原因包括铝合金铸件位置设计不当、浇筑速度过快、浇筑时砂芯尚未降温、炉料含气体过多等。

缩松类缺陷可以通过从冒口补浇金属液和改进冒口设计、清洁炉料、合理设置冒口、干燥处理砂芯、砂芯降温后方可浇筑、降低浇筑速度等方法进行控制。

裂纹分为铸造裂纹和热处理裂纹:铸造裂纹沿晶界发展,常伴有偏析,是一种在较高温度下形成的裂纹在体积收缩较大的合金和形状较复杂的铝合金铸件容易出现;热处理裂纹由于热处理过烧或过热引起,常呈穿晶裂纹。常在产生应力和热膨胀系数较大的合金冷却过剧或存在其他冶金缺陷时产生。

裂纹产生的原因包括:铝合金铸件薄厚过度存在不均匀区域、砂芯的退让性强度不足、压铸铝件温度控制出现差异、浇筑速度过快、冷却时间过短等等。

预防方法包括:改进铝合金铸件结构设计,避免尖角,壁厚力求均匀,圆滑过渡;采取增大砂型退让性的措施;保护铝合金铸件各部分同时凝固或顺序凝固,改进浇注系统设计;适当降低浇注温度;控制铸型冷却出型时间;铝合金铸件变形时采用热校正法;正确控制热处理温度,降低淬火冷却速度。


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