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    消失模铝铸件针孔形成机理研究

    发布日期:2019-08-06 发布者:润恒压铸

    干砂消失模铸造被誉为21世纪的铸造技术,其成形理论不同于传统的空腔铸造。但用该工艺生产的铝铸件的针 孔问题是困扰世界铸造界的一大难题。针对铝合金消失模铸造浇注温度高、铸型冷却慢的特点,探讨了高温铝液(760~800℃)的变质、晶粒细化、以及浇注温度、聚苯乙烯泡沫塑料模样等对铝件针 孔的影响,并与树脂砂空腔铸造进行了比较,阐述了干砂消失模铝铸件针 孔形成的特殊性。

    泡沫塑料对铝件密度的影响,用细铁丝网制做了一些210mmX45mmX20mm铁丝框。在一些铁丝框内装满泡沫塑料,而另一些铁丝框内不装泡沫塑料,即为空腔。在铁丝框上涂挂1mm厚的以硅藻土为主要骨料的铝合金消失模涂料。干燥后,把它们埋入相同的干砂中造型,在相同的铸造工艺条件下浇注铝液,以比较泡沫塑料对铝件密度的影响,试验结果绘于图6。可见泡沫塑料增加了铝件的针 孔,而且泡沫塑料密度越高,则铝件针 孔越严重。因此,为减少消失模铝件的针 孔,应尽可能采用低密度的泡沫塑料模样。

    为减少铝件的针 孔,消失模铸造与传统的空腔铸造相比,需要适当高的浇注温度。在铝合金消失模铸造过程中,聚苯乙烯模样的热解产物大多是液态聚苯乙烯,液态聚苯乙烯进入和透过涂料的传输过程可分为润湿和渗透两个阶段。液态聚苯乙烯润湿涂层要求它们均具有较高的临界温度,而渗入涂层需要更高的温度。高的浇注温度通过把涂料和液态聚苯乙烯加热到所需要的临界温度而强化了液态聚苯乙烯对涂料的润湿和渗透,高的浇注温度还有助于加剧合金吸气,造成针 孔增加。若浇注温度低,则不利于液态聚苯乙烯进入和透过涂料的传输。在铝液凝固结束前,将有一部分液态聚苯乙烯滞留在流动前沿。充型过程中,液态金属前沿的不稳定将使得液态聚苯乙烯不能到达涂料和熔融金属之间的界面,被裹着的聚苯乙烯然后分 解,并且形成气孔。

    大型铸铝件分为套类、板类、环类、箱体类、帽类等,不同形状的大型铸铝件在铸造工艺上要求侧重点也不同,其目的都是为了保证大型铸铝件的成品质量,工艺上的关键环节都是针对特殊形状铸铝件的薄弱部分设计的,针对不同形状的大型铸铝件进行铸造工艺研究,并探讨大型铸铝件铸造过程中的常见缺陷和应对措施,为完善大型铸铝件铸造工艺奠定理论基础。

    铸铝件在工业生产和日常生活中有广泛的应用,其硬度大、质量轻的优点使其成为了的工业材料和生活必备用品,但是大型铸铝件的铸造极为困难,需要严格的工艺控制,常见的大型铸铝件按形状可分为套类、板类、环类、箱体类、帽类等,不同形状的大型铸铝件铸造工艺要求各不相同,比如套类需要强化内芯的退让性,以保证成品的厚度、比如板类需要增加拉筋来避免变形;比如薄板的浇筑快速成型等等。针对大型铸铝件的铸造工艺进行研究,有助于提高工艺水平,提高我国大型铸铝件的成品质量,为工业发展提供的原料。

    大型铸铝件常见缺陷有氧化夹渣、气泡、缩松和裂纹四类,分类详述各缺陷的特征、产生原因及防治对策如下。

    氧化夹渣主要出现在成品大型铸件的表层,位置主要在转角附近,颜色以浅黄色为主,在酸碱洗和机械加工时常发现此类缺陷。

    造成氧化夹渣缺陷的原因主要包括:浇筑设计存在缺陷、回炉料比例过高、上一次浇筑残渣影响、静置时间过短等。可以看出,主要问题就在于残渣的混入,混入途径包括浇筑时混入、原有残渣两类。

    氧化夹渣可以通过提高静置时间、浇筑前对模具吹风去残渣、设置浇筑过滤残渣装置等方式进行预防。

    气泡类缺陷分为表层气泡和内部气泡两类,表层气泡喷砂时能够发现,内部气泡需要X光和机械加工发现。

    产生气泡的原因有多重,主要包括浇筑时混入气体、砂芯含有杂物、浇筑系统缺陷、冷铁表面不平等。

    气泡类缺陷可以通过控制浇筑速度、提高砂芯质量、改良浇筑进气系统等方式进行防治。

    铸铝件缩松缺陷特征:铸铝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。

    铸铝件缩松缺陷产生原因:

    1.冒口补缩作用差;

    2.炉料含气量太多;

    3.内浇道附近过热;

    4.砂型水分过多,砂芯未烘干;

    5.合金晶粒粗大;

    6.铸铝件在铸型中的位置不当;

    7.浇注温度过高,浇注速度太快。

    防止方法:

    1.从冒口补浇金属液,改进冒口设计;

    2.炉料应清洁无腐蚀;

    3.铸件缩松处设置冒口,安放冷铁或冷铁与冒口联用;

    4.控制型砂水分,和砂芯干燥;

    5.采取细化品粒的措施;

    6.改进铸件在铸型中的位置降低浇注温度和浇注速度。 

    结论

    a、消失模铝铸件的针 孔由析出性气孔、显微缩孔、缩松以及泡沫塑料分 解产物引起的气孔和渣孔等构成。铝液的高温处理及高温浇注,使金属含气量高,收缩倾向大。浇注充型过程中的紊流易卷入气态和液态的泡沫塑料热解产物,致使铝件的针 孔较为严重。

    b、干砂消失模铸造工艺冷却速度比树脂砂工艺和粘土砂工艺慢,铝件更易产生针 孔。

    c、变质对消失模工艺铝件密度的不利影响比对树脂砂工艺的大。实验结果表明,0.2%Ti细化处理后的消失模铝件的密度接近或达到树脂砂空腔铸造工艺的水平。

    d、为减少针 孔,应尽可能采用低密度的聚苯乙烯模样,并有一个适当高的浇注温度。在本实验条件下,760~780℃的浇注温度较为合适,这对于排出EPS分 解物,并防止其侵入铸件是十分必要的。


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