从工艺上分析铝合金压铸件气孔缺陷原因及预防措施

秦绪巍　王宣

摘要：通过对铸铝合金熔炼的介绍、压铸工艺因素对压铸件质量的影响的分析，探讨铝合金压铸件的气孔缺陷产生的原因，并提出相应的预防措施。

关键词：铝合金；压铸件；气孔；工艺因素

中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1672-4437（2014）04-0046-03

1 概述

铝合金压铸件不仅质轻，强度高，工艺性好，更由于压铸生产是少无切削金属成型工艺，因此不仅节省了大量的金属，同时也缩短了零件的加工周期，所以，现在越来越多地用于零件成型。过去，我们对铝合金压铸件的气孔、针孔等缺陷一般都偏重于对压铸模具浇注系统的设计改进，排气槽的合理安排等方面去研究，而忽略了铸铝合金在熔化工艺和压铸工艺等方面的探讨。

现就铸铝合金的熔化工艺、压铸工艺等方面与压铸件气孔等问题的关系作一些探讨。

2 铝合金的熔炼

2.1 铝与氢的关系

铝合金在液态时有吸收气体的倾向，所吸收的气体主要来源于两个方面，一方面是先天性的铝材中所含有的气体，另一方面是后天性的，是在用不同熔化方法所吸收的炉气，和从周围环境潮湿空气中，炉料上粘附的水分和油污以及未烘干的除氣剂、熔炼中所吸收的水分。由试验研究表明，铝合金吸收气体中含量最多的为氢气，所以氢气作为除气的主要对象。

铝合金中氢的溶解量随铝液的加热温度的升高而增加，从600℃左右开始吸收氢气，至750℃是吸气量逐渐增加，如表1所示，所以一般控制铝液温度不应超过750℃，以免吸收大量氢气。氢气溶解于粘液中与铝成为“液相体”，在凝固时氢不溶解于铝而逸出，但因铸件表皮先行凝固，氢无法逸出，因而留在铸件中，形成气孔。铸件根据气孔的数量和大小分为五级。1级气孔数量极少，宏观不易观察，2级及3级气孔渐大，4级气孔出现连续气孔，铸件中若4级气孔大于20%，即为废品，5级气孔即为连续气孔，应作为废品。

2.2 除气剂

除气剂的目的是去除铝合金溶液内吸收的氢气，防止铸件内部产生气孔，并使结晶变细。除气剂可分为固体除气剂和气体除气剂两种。固体除气剂有ZnCl2、MnCl2、AlCl3等，气体除气剂有氯气和氮气等。

2.3 铝合金氧化

铝氧化时生成氧化铝，它会强烈地吸收氢气进入铝液中，同时铝及其合金溶液受氧化铝玷污使其性能剧烈恶化。氧化铝不溶于铝液中，但它会使合金流动性降低，使铸件形成气孔、裂纹和斑疤的倾向，从而降低了铸件的机械性能和加工性能。

为取得较纯的铝合金的必要条件，首先是使用干燥无污垢的炉料。金属表面的水分和锈蚀生成物是合金受氧化而玷污的首要原因。熔炼时，铝合金的氧化是与炉内气氛的相互作用而发生的，合金液的温度越高，氧化程度越剧烈。因此好的熔化条件，不使合金液过热时防止铝合金氧化的一个重要内容。

2.4 铸铝合金的熔炼

将涂有涂料的铸铁坩埚加热至暗红色（500～600℃）装入经预热300～400℃同牌号的铝合金浇口、铝瓶、废压铸件等，将预热的铸铝合金倒入，熔化后搅拌一分钟，并升温至690～710℃，用0.2%的ZnCl2进行除气精炼，再停留10～15分钟，除去表面熔渣，即可浇注。铝液温度不应超过750℃。

精炼后铝合金应在2小时内浇注完毕，如停留过久，需作快速分析，合格后再作第二次除气处理，才可浇注。铸铝合金停留时间不宜超过4小时，每超过2小时，也需作第二次除气处理[1]。

3 影响压铸件质量的工艺参数

3.1 浇注温度

浇注温度影响压铸件的质量。原则上只要金属液能充满型腔并保证外型清晰，确保铸件不留痕可采取浇注温度尽可能地低，以利于延长模具寿命和方便操作。在浇注薄和复杂的压铸件时，浇注和模具温度上升，但过高的温度带来以下缺点：

1）熔化铝合金一般都用铸铁坩埚，温度高铝液易吸收铁质而使含铁量增加；

2）浇注温度过高，合金粘度减小，压铸时，使铸件飞边增多，有时金属液从模具的分型面处飞溅，或由冲头和容杯间隙喷出，不利于安全生产；

3）缩短了模具使用寿命；

4）铸件气孔增多和扩大；

5）增加了氢气吸收量；

6） 加快冲头磨损。

在冷压室压铸机上浇注铝合金应尽量保持浇注温度在590～700℃范围内（一般以不超过合金液相线以上30～70℃为宜）。[2]建议浇注温度参数如表2。

3.2 压铸模具温度

模具温度主要与合金温度和它的热容量有关，此外与机器操作快慢，模具的大小和每次浇注金属的多少及铸件的形状等都有密切关系。当每一操作循环中模具所吸收的热量和它消失的热量（由于空气对流、水冷却、加润滑剂等）趋向于平衡后，模具温度才不致于继续上升或下降。

过高的模具温度将会引起金属粘膜，铸件顶出变形，铸型局部产生卡住现象而遭到损坏或降低生产率。建议模具的温度参数如表3所示。

3.3 压射比压、注射速度和充填速度

每平方厘米面积上合金液所受到的静压力即为比压。提高比压可获得致密性和机械性能好的铸件，但高比压会增加金属粘膜的可能性，减少铸型寿命。因此根据不同合金铸件正确选择比压很重要。可通过调整压铸机注射力大小和压力室气缸直径来到改变比压。现建议比压参数见表4。[2]

3.4 充填时间和保压时间

充填时间是指金属液自开始进入型腔到充满全过程的时间，一般为0.03～0.2s[2]。充填时间与充填速度和内浇口截面积成反比。

保压时间是指铝液充满型腔到凝固前的保持时间。熔点低，结晶范围大的合金厚壁铸件约为2～3s，熔点高，结晶范围下的合金薄壁铸件约为1～2s[2]。

4 从工艺上分析压铸件气孔缺陷原因并探讨预防措施

4.1 气孔形成

1） 分散性气孔

该类气孔形状近似圆形或椭圆形。形成原因是由于在铝液进入型腔时，气体被一起分散到铸件型腔里。当浇注系统设计不合理，注射力不足时，易导致这种类型的气孔。当以紊流状态充填型腔时，尤其是以喷雾状态充填型腔时，更易导致该类分散性气孔的产生。

2） 扁形气孔

在铸件内壁形成的气孔呈扁形，形成这种气孔的原因在于卷入大量气体所致。

铝液中卷有气体，在充满型腔后，由于压射活塞开始增压，压力直到内浇口处铝液完全凝固为止。压射增压压力将卷入铝液中的气体压缩到很小而随铝液的气泡在高压下被挤压成扁小的气孔，这就是产生了扁形气孔的原因。

如压射力不足，增压压力又小时，则被卷入铝液的大量气体，不能被压缩到很小的体积时，就易产生大面积的气孔。

4.2 预防措施

1） 严格遵守压铸铝合金的熔化工艺规范

a. 炉料应放置在干燥的场所，避免日晒雨淋而受潮，以免熔化时氢气含量增加；

b. 与铝液接触的工具必须涂上涂料并预热；

c. 熔炼时，应严格控制铝液温度，以不超过750℃为界限，铝液温度越高，氢气吸入量越多。经除气精炼后的铝液在坩埚的停留时间越长，含气量增加越快；

d. 除气剂应充分干燥。

2） 正确选择模具涂料，选用的涂料挥发性气体少，挥发温度低，操作时间应涂刷均匀，防止气体卷入铝液中。

3） 压铸模具的深腔及气体不易排出部位应采用镶块或型芯、顶杆等配合间隙排气。

4） 选用合理的压铸工艺参数

a. 在满足铸件成型的前提下，采用低的压射速度，以减少铝液出现的紊流现象；

b. 适当选用高的比压；

c. 压室和冲头间隙不宜过小；

d. 按时清洗压铸模具，特别是堵死排气的部位应清理干净。

当前压铸生产中，为获得高质量、少气孔的压铸件，一般采用低的澆注温度，厚的内浇口，以降低铝液通过内浇口的速度，这样有利于铝液顺序充满型腔，减少涡流产生，而且厚的内浇口又能是压射终止时的增压压力作用在铝液时间加长[3]。

综上所述，铝合金压铸件的气孔缺陷主要由于铸铝合金在熔炼时吸收了气体和在压铸操作过程中，铝液卷入型腔大量气体所致，因此预防措施即从该工艺上解决。从模具上创造良好的浇注系统和排气条件，从工艺上采取有效措施，即可获得优质、少气孔的压铸件。

参考文献：

[1] 胡忠等著.铝镁合金铸造实践[M].

[2] 铝合金压铸件 HB5012-1986

[3] 洪都机械厂编[Z].航空铸造工艺手册.

Abstract： This paper introduces melt of cast aluminium alloy ， analysis impact on the quality of die casting by technological factors， and explore the causes of blowhole defect of aluminium alloy die casting ，put forward the corresponding preventive measures.

Key words： Aluminium alloy ； Die casting product ； Blowhole； Technological factor