熔模铸造铝合金件气孔的环节控制

Afeng · 发表于 2016-11-29 22:15:29

熔模铸造铝合金件气孔的环节控制

www.mejxw.com Afeng

某厂是采用熔模精铸生产不锈钢铸件的专业厂，在出口若干品种中客户要求配套生产精铸铝铸件。材质为美国牌号A356。相当于我国ZL101，品种多，批量小，对表面及内在质量要求非常严格，由于失蜡铸造特殊性，铸件只能本厂生产。铸件化学成分为 wSi＝6.5％～7.5％,wMg＝O.20％～O.40％，wFe≤0.20％,wCu≤0.20％,wMn≤0.10％,wZn≤0.10％,wTi≤0.20％，其他元素均0.05％,总和≤0.15％，铝为余量。
　　笔筒式铸件结构形状见图1。

　　图１
　　
　　1. 生产实践
　　（1）初期试生产工艺顶注，铝合金用配好的成品料，炉料在炉内300～400℃烘烤20min，用不锈纲筒做坩埚，每次熔化55kg，熔化温度800℃，除气变质处理，顶浇铸造工艺，铝液浇注温度为720℃。
　　（2）笔筒式形状铸件外径80ｍｍ，壁厚均8mm，表面看不到气孔，切开铸件断面后看到靠外表皮部位气孔很少，但产品断面特别是中心凝固较慢区域弥漫气针孔多，有个别较大的孔洞有2～3mm，也有少部分较大夹渣孔分布在铸件的断面（见图2）。同时浇注另一种方形底座铸件，通过X光检测发现气孔连续生产两炉铸件全部报废。

图2

　　2.生产分析
　　（1）产生铝合金针孔的主要原因  熔炼温度越高，金属液从潮湿空气中吸氢，而氢的主要来源是由于水蒸气在铝液的高温下分解所产生的。氢在铝液中溶解度随着温度升高而高，但在固态铝中溶解度非常低，因此在凝固过程中，氢析出形成的气孔与合金熔炼温度、熔炼时间等有较大的关系。在熔化后期控制不妥当，如升温过快、过高，则铝液吸氢量就大，氢在铝液中扩散就越充分，出现针孔的几率就越大。靠外表面部位气孔少是因为冷却快。
有资料介绍，在700℃时，每100g铝中氢的溶解度为0.5～0.9，温度升高到850℃时，氢的溶解度增加2～3倍。熔化应控制在750℃以下，提倡快速熔化，但相对也要控制在升温阶段时后期上升速度过快问题。
　　（2）操作分析  ①炉料不清洁，回炉料烘烤时间短。②浇注系统设计不良。③浇温高、浇注操作不当，带入气体夹渣。④熔剂精炼剂潮湿，变质处理后静置时间不够。⑤有些情况虽然预料但做的不充分、不仔细。

　　 3. 改进措施
　　（1）熔炼工序  ①改变新料与回炉料的比例，回炉料30%、新料70%。②改进熔炼工艺，使用前应去除炉料表面的锈迹、泥沙等污物，严防带入水分和油污等。③要获得无气孔或少气孔的铝铸件，炉料预热是关键环节，预热温度350～450℃，保持3h以上。若烘烤（预热）炉料时间短，浇注出铸件断面还是有少量细小弥漫气孔（见图3）。

　　图 3

　　（2）改进浇注系统设计  提高排气挡渣能力，采用底注式浇注系统，排气效果好，如图4、图5所示。

　　图4  笔筒式铸件改进后工艺

　　图5  方形底座铸件工艺

　　（3）干燥处理精炼剂  曾经有人做过这样的试验来测定铝合金中氢的含量：①未经预热处理的精炼剂直接使用时，氢含量为0.83cm3/100g。②在400℃的温度下进行干燥处理的精炼剂氢含量为 0.21cm3/100g。因此可以看出, 对精炼剂进行预热处理，是有很大好处的。精炼后浇注前合金液应静置一定时间，就是要排除铝液中的氧化夹杂和氢气。而精炼剂如果潮湿也会带进很多的氢,对大修新砌或长时间不用的炉子，要充分烘烤，否则耐火材料中水分蒸发形成潮湿气氛而导致熔炼时形成气孔。
　　（4）操作  为了消除铝合金铸件针孔，熔炼用的坩埚，直接当浇包用，精炼变质处理后静置至浇温时，用人工抬坩埚直接浇注，避免因倒包吸气。所使用的工具在使用前清理干净，然后涂上防护涂料并进行预热烘干，避免因预热不良，表面吸咐水分，会在熔炼浇注过程中产生大量的气体，导致铸件形成针孔。
　　另外，在熔化过程中用专用覆盖剂进行覆盖。选用除气精炼变质一体剂，加入量为铝液重的0.6% 。使用前需烘干后再使用，待合金液温度达到720℃时，用不锈钢钟罩将除气精炼剂压入坩埚底部并沿坩埚内壁圆周匀速移动，且要防止各种污物进入坩埚中。

　　4.效果
　　经一定时间烘烤的炉料放进坩埚快速熔炼，低温浇注，合金的吸气量大为减少。确定工艺：底注式浇注系统，500～600℃的热壳，720℃时做除气精炼变质处理，然后铝液静置至630～640℃时热壳浇注。因热壳在保证充型情况下尽可能降低浇注温度。在浇注时对准浇口杯近距离浇，防止吸（带）气，可获得无气孔致密件，见图6。
需注意的是，由于品种多，单件小批生产，工艺还有细化的空间，工艺出品率较低。

　　图6 致密铸件

　　结语
　　要获得无气孔的铝铸件，有些看似无关紧要环节一定要处理好。工艺上关键在于采取底注式浇注系统，排气好。炉料预热的温度与时间要够，短时间熔炼，低温浇注，使合金的吸气量大为减少。另外再做好铝熔液精炼处理，可获得组织细密、质量稳定、客户满意的优良铸件。