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[摘 要]近几年，随着工业发展，各个行业对于铝合金的使用效率越来越高，这就促进了铝合金制造行业的发展。而在实际制造的过程中，铝合金铸件不可避免的存在各种缺陷，从而影响了企业的经济效益。文章就此探讨了铝合金铸造工艺以及缺陷原因和防治措施，具体内容供大家参考和借鉴。
[关键词]铝合金；铸造工艺；铸造缺陷
中图分类号：TU956 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0014-01
前言
铝合金铸件的实际生产过程中，常见的铸造缺陷有气孔、针孔、裂纹、缩孔、疏松、变形等，虽然前人对于各种缺陷的形成机理进行了详细的分析，但是在实际生产过程中，紧靠理论是不行的，存在各种各样的内在或者是外在影响因素，使得铸件缺陷仍旧，这就要求研究人员继续加强对其分析。
1铸造铝合金的分类
按照添加的合金元素，铸造铝合金通常被分为如下几类：
第一，铝硅为基的铸造铝合金。Al-Si二元合金ZL102。Al-Si-Mg系的ZL101，ZL114A。以及在Al-Si-Mg中添加Zn的ZL115，添加Mn的ZL104，以及添加Be的ZL116等。
第二，铝铜为基的铸造铝合金。Al-Cu二元合金ZL203、ZL202。Al-Cu-Mn的ZL201，以及在Al-Cu-Mn基础上添加Cd形成的ZL204A和以Al-Cu-Mn-Cd-V构成的ZL205A。
第三，铝镁为基的铸造铝合金。Al-Mg二元合金ZL301，Al-Mg-Si的ZL303和以Al-Mg-Zn为组成的ZL305。
第四，铝锌为基的铸造铝合金。含少量Mg的Al-Zn-Si的ZL401和在Al-Zn-Mg基础上添加少量Cr和Ti形成的ZL402。
第五，铝锂基铸造铝合金。国外研究了几种比如RPPX1、RPPX2、RPPX3等。
第六，铝稀土基铸造铝合金。以Al-RE为基的有ZL207合金。
2 ZL201铸件裂纹和未浇足成因分析及防治
文章以ZL201作为研究对象，其具体的研究内容如下文所示。
2.1 ZL201铸件基本工艺的介绍
该铸件的结构比较复杂，且对于强度要求较高，因此其在实际铸造过程中，采用的铸造方法为：粘土砂湿型铸造。造型（芯）材料和造型（芯）工艺：粘土砂湿型，手工造型；砂芯采用呋喃树脂砂，自硬冷芯盒法造芯。其浇注的工艺为：浇注温度在700-720摄氏度之内，浇注时间为10秒钟左右。ZL201合金的熔炼工艺：将电炉升温，清除坩埚内杂物并涂涂料，烘干后加入预热过的铝锭，进行熔化；加入适量的回炉料待完全熔化后，在金属液表面上撒上除渣剂除渣；在750℃左右通入氩气进行吹气精炼，10～15min后扒渣；合金液保温在合适温度范围内。零件的热处理工艺为：采用T4热处理，也就是淬火+自然时效，并且在540摄氏度的高温环境下保持8小时左右，之后再进行固溶处理，放置80摄氏度的水中进行冷却。
2.2缺陷分析和防治
2.2.1裂纹
铸件裂纹为外裂纹，目视或借助放大镜可以观察到，成不连续无规则的曲线，起始处相对宽些，尾部逐渐变细，主要存在于支架内圆角，厚薄断面的转接处如下图1所示。
图1裂纹所处位置
原因分析：铸件在凝固的过程中，树枝相互连接形成骨架之后就会产生固态收缩现象，但是树枝晶之间存在尚未凝固的液膜，而且铸件的收缩会受到型砂或砂芯的阻碍，从而产生收缩应力，这时树枝晶间的液膜将受到拉伸的作用而变形。当拉应力超过液膜的强度或塑性极限时，树枝晶间就会被拉开，如果没有金属液填充进来，铸件就会产生裂纹。
解决措施：首先要严格控制杂质元素Fe和Si的含量，如果条件允许加入Ti抑制树枝晶长大，细化晶粒；其次，制定合适的浇注工艺，使浇注温度尽量降低；最后，铸件的裂纹处为厚薄面的转接处，为凝固时的热节，配合使用冷铁，从而降低热节处的裂纹倾向。
2.2.2未浇足
缺陷位置如下图所示，边缘呈圆弧状，铸态下有较强的金属光泽。通常未浇足是由于液态金属本身的充型能力差引起的。
图2未浇足缺陷
从图中可以看出，铸件未浇足的部位并不是铸件的最末端，也就是说未浇足缺陷的产生，并不是由于浇注系统的设计不合理导致的。
解决措施：经上述分析决定适当提高浇注温度。
3 ZL102铸件气孔和冷隔成因分析和防治
3.1 ZL102铸造工艺
铸造方法：金属型，呋喃树脂自硬砂一体砂芯；
浇注工艺：倾斜浇注工艺，倾斜角度保持在15度左右；浇注温度660-680℃，每浇注五个零件喷涂一次涂料。
铝合金液的除气工艺：采用气体浮游法除气。在720℃左右，通氩气进行旋转吹氩气精炼15分钟后，扒渣，保温，待浇；
3.2铸件缺陷成因分析
3.2.1气孔缺陷分析
铸件气孔缺陷的原因有很多，可能是砂芯发气量较大、除气效果不佳导致；也可能是由于铸件内部形状复杂，有波浪纹，容易导致合金液流动过程中的紊流，导致卷气，增强氧化夹杂倾向，增强合金液的吸气性，导致气孔的形成。
解决措施：为了有效解决上述缺陷存在，可以改进合金液的精炼除气工艺。采用复合精炼，将除气工艺改进为：在720℃左右，通氩气进行旋转吹起精炼15分钟，扒渣；压入块状的六氯乙烷，10分钟后，扒渣，保温待澆。
3.2.2冷隔缺陷的形成分析
铸件冷隔缺陷的形成原因是多方面的：合金液的浇注温度过低或者模具温度较低，合金液的流动性较差；浇注系统或者浇注位置使合金液会流处集中在铸件的薄壁处都会导致冷隔。对称架采用金属型，合金液在型腔中保持流动的时间较砂型大大缩短，会使合金液的流动能力降低。
针对上述缺陷原因，可以采取以下措施：首先提高金属型的初始温度，在连续的有固定节奏的生产过程中，模具温度的波动会具有规律性；其次，生产过程要连续。在浇注每个零件时模具温度的差异会较小，所以要保证生产的连续性；最后，提高金属模具的初始温度。金属模具的温度提升对于促进生产过程连续性具有十分重要的作用。
结束语
综上所述，在铝合金铸件进行铸造的过程中，其存在一定的铸造缺陷，影响了铸件的使用性能。因此，相关技术人员需要针对不同的零件分析其产生缺陷的原因，并制定针对性措施，从而保证铸件生产的标准化、合格率。
参考文献
[1]李鸿鹏.铝合金铸造技术及发动机铸造废品率控制研究[D].吉林大学，2016.
[2]李泽文.消失模铝合金铸造工艺及孔缺陷控制的研究[D].太原科技大学，2014.
[关键词]铝合金；铸造工艺；铸造缺陷
中图分类号：TU956 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0014-01
前言
铝合金铸件的实际生产过程中，常见的铸造缺陷有气孔、针孔、裂纹、缩孔、疏松、变形等，虽然前人对于各种缺陷的形成机理进行了详细的分析，但是在实际生产过程中，紧靠理论是不行的，存在各种各样的内在或者是外在影响因素，使得铸件缺陷仍旧，这就要求研究人员继续加强对其分析。
1铸造铝合金的分类
按照添加的合金元素，铸造铝合金通常被分为如下几类：
第一，铝硅为基的铸造铝合金。Al-Si二元合金ZL102。Al-Si-Mg系的ZL101，ZL114A。以及在Al-Si-Mg中添加Zn的ZL115，添加Mn的ZL104，以及添加Be的ZL116等。
第二，铝铜为基的铸造铝合金。Al-Cu二元合金ZL203、ZL202。Al-Cu-Mn的ZL201，以及在Al-Cu-Mn基础上添加Cd形成的ZL204A和以Al-Cu-Mn-Cd-V构成的ZL205A。
第三，铝镁为基的铸造铝合金。Al-Mg二元合金ZL301，Al-Mg-Si的ZL303和以Al-Mg-Zn为组成的ZL305。
第四，铝锌为基的铸造铝合金。含少量Mg的Al-Zn-Si的ZL401和在Al-Zn-Mg基础上添加少量Cr和Ti形成的ZL402。
第五，铝锂基铸造铝合金。国外研究了几种比如RPPX1、RPPX2、RPPX3等。
第六，铝稀土基铸造铝合金。以Al-RE为基的有ZL207合金。
2 ZL201铸件裂纹和未浇足成因分析及防治
文章以ZL201作为研究对象，其具体的研究内容如下文所示。
2.1 ZL201铸件基本工艺的介绍
该铸件的结构比较复杂，且对于强度要求较高，因此其在实际铸造过程中，采用的铸造方法为：粘土砂湿型铸造。造型（芯）材料和造型（芯）工艺：粘土砂湿型，手工造型；砂芯采用呋喃树脂砂，自硬冷芯盒法造芯。其浇注的工艺为：浇注温度在700-720摄氏度之内，浇注时间为10秒钟左右。ZL201合金的熔炼工艺：将电炉升温，清除坩埚内杂物并涂涂料，烘干后加入预热过的铝锭，进行熔化；加入适量的回炉料待完全熔化后，在金属液表面上撒上除渣剂除渣；在750℃左右通入氩气进行吹气精炼，10～15min后扒渣；合金液保温在合适温度范围内。零件的热处理工艺为：采用T4热处理，也就是淬火+自然时效，并且在540摄氏度的高温环境下保持8小时左右，之后再进行固溶处理，放置80摄氏度的水中进行冷却。
2.2缺陷分析和防治
2.2.1裂纹
铸件裂纹为外裂纹，目视或借助放大镜可以观察到，成不连续无规则的曲线，起始处相对宽些，尾部逐渐变细，主要存在于支架内圆角，厚薄断面的转接处如下图1所示。
图1裂纹所处位置
原因分析：铸件在凝固的过程中，树枝相互连接形成骨架之后就会产生固态收缩现象，但是树枝晶之间存在尚未凝固的液膜，而且铸件的收缩会受到型砂或砂芯的阻碍，从而产生收缩应力，这时树枝晶间的液膜将受到拉伸的作用而变形。当拉应力超过液膜的强度或塑性极限时，树枝晶间就会被拉开，如果没有金属液填充进来，铸件就会产生裂纹。
解决措施：首先要严格控制杂质元素Fe和Si的含量，如果条件允许加入Ti抑制树枝晶长大，细化晶粒；其次，制定合适的浇注工艺，使浇注温度尽量降低；最后，铸件的裂纹处为厚薄面的转接处，为凝固时的热节，配合使用冷铁，从而降低热节处的裂纹倾向。
2.2.2未浇足
缺陷位置如下图所示，边缘呈圆弧状，铸态下有较强的金属光泽。通常未浇足是由于液态金属本身的充型能力差引起的。
图2未浇足缺陷
从图中可以看出，铸件未浇足的部位并不是铸件的最末端，也就是说未浇足缺陷的产生，并不是由于浇注系统的设计不合理导致的。
解决措施：经上述分析决定适当提高浇注温度。
3 ZL102铸件气孔和冷隔成因分析和防治
3.1 ZL102铸造工艺
铸造方法：金属型，呋喃树脂自硬砂一体砂芯；
浇注工艺：倾斜浇注工艺，倾斜角度保持在15度左右；浇注温度660-680℃，每浇注五个零件喷涂一次涂料。
铝合金液的除气工艺：采用气体浮游法除气。在720℃左右，通氩气进行旋转吹氩气精炼15分钟后，扒渣，保温，待浇；
3.2铸件缺陷成因分析
3.2.1气孔缺陷分析
铸件气孔缺陷的原因有很多，可能是砂芯发气量较大、除气效果不佳导致；也可能是由于铸件内部形状复杂，有波浪纹，容易导致合金液流动过程中的紊流，导致卷气，增强氧化夹杂倾向，增强合金液的吸气性，导致气孔的形成。
解决措施：为了有效解决上述缺陷存在，可以改进合金液的精炼除气工艺。采用复合精炼，将除气工艺改进为：在720℃左右，通氩气进行旋转吹起精炼15分钟，扒渣；压入块状的六氯乙烷，10分钟后，扒渣，保温待澆。
3.2.2冷隔缺陷的形成分析
铸件冷隔缺陷的形成原因是多方面的：合金液的浇注温度过低或者模具温度较低，合金液的流动性较差；浇注系统或者浇注位置使合金液会流处集中在铸件的薄壁处都会导致冷隔。对称架采用金属型，合金液在型腔中保持流动的时间较砂型大大缩短，会使合金液的流动能力降低。
针对上述缺陷原因，可以采取以下措施：首先提高金属型的初始温度，在连续的有固定节奏的生产过程中，模具温度的波动会具有规律性；其次，生产过程要连续。在浇注每个零件时模具温度的差异会较小，所以要保证生产的连续性；最后，提高金属模具的初始温度。金属模具的温度提升对于促进生产过程连续性具有十分重要的作用。
结束语
综上所述，在铝合金铸件进行铸造的过程中，其存在一定的铸造缺陷，影响了铸件的使用性能。因此，相关技术人员需要针对不同的零件分析其产生缺陷的原因，并制定针对性措施，从而保证铸件生产的标准化、合格率。
参考文献
[1]李鸿鹏.铝合金铸造技术及发动机铸造废品率控制研究[D].吉林大学，2016.
[2]李泽文.消失模铝合金铸造工艺及孔缺陷控制的研究[D].太原科技大学，2014.