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低压铸造为什么通惰性气体

发布时间:2022-08-07 23:49:49

『壹』 低压铸造的气缸头中

(1)上涂料,准备模具、安装
(2)熔解、除渣、除气、保持炉给汤
(3)铸造作业
(a) 装浇口滤渣网
(b) 装砂芯
(c) 吹空气
(d) 合模
(e) 加压
(f) 凝固
(g) 开模
(h) 取出产品
批量生产中的气缸头的工序概要,分为上涂料、准备模具等前期准备工序、熔解、熔汤处理、给铸造机供汤的给汤工序以及铸造作业工序等,这种工序都非常重要,不能马虎,要维持品质关键是如何做到在稳定的条件下坚持管理铸造作业。
(1) 模具的保养、上涂料
模具的保养、上涂料是指每500-700模次进行包括模具保养、保持炉和给汤管内的清扫作业,将模具的模框、嵌块、拔模销、排气块等分解后,用空气
除去铝渣和砂芯的燃烧剩余物等。排气块的堵塞对熔汤流动性、气孔等品质有很大影响,所以应该仔细地清除掉,而且还有必要检查排气孔,排气型芯等的通气程度。
下一个工序上涂料是以确保排气性,减低脱模阻力,保护模具表面,确保保温隔热性,确保熔汤流动性等为目的。在保养结束后,将模具加热至473K(200C)左右,用钢丝轮刷除去表面的氧化皮后再上涂料,操作是用喷枪来进行的,但根据喷吹压力,距离、速度、浓度、模具温度等,其强度和粗糙度有很大区别。
在涂复杂的模具时,需要熟练地进行操作,但为了保持稳定的上涂料的效果应尽快使操作标准化,涂层厚度粗糙度等因部位不同而存差异。一般而言,产品面是0.1-0.2mm,光洁度要求高的加工基准面,燃烧室面等应用粒子细小的涂料涂0.05mm的厚度,涂料一般利用市场上的,基本构成是骨材(碳酸钙、陶土、氧化铝、云母、石墨等)、粘接剂(硅酸钠)和水等。
关于模具涂料的选择并没有定量的评价尺度,一般在实际产品中使用后再来决定。
(2) 熔解、熔汤处理
作为合金最普通的是AC4B、AC2B。在提出延伸率、耐腐蚀性的要求时,可以使用AC4C等,另外作为高品质化的对策同时也使用加钠、锶的改良处理和加钛的微细化处理,熔汤处理除了以往的加精炼剂的脱氧处理以外,为了得到稳定的品质,使用旋转式除气装置进行除气处理的做法也日益增多。
(3) 铸造作业
·装浇口滤渣网
此工序的目的为了防止从给汤管进来的氧化物、砂子等杂物以及加强熔汤层流化。把做成浇口形状的镀锌网(Æ0.4-0.6mm,12-14个网孔)用专用夹具固定起来。这样做人工作业比较多,但也可以试一试进行自动化设计或给汤管内吹惰性气体等方法。
·装砂芯、吹气
水道中子、气道中子、凸轮轴室中子等,材质大多是中子砂。因形状的复杂化、与其它部件的共用化等引起中子的增加。一般是人工作业,但由于是模具内的高温作业,所以越来越多地采用由机器人自动安装。包括活砂铸型在内自动安装进模具的方法也开始使用。脱模时因要除去装中子时落下的砂子,所以要吹空气。
·合模、加压、凝固、开模、取出产品
这些工序都是在自动化、标准化的循环周期下进行运转的。加压力、加压速度、加压时间、凝固时间等各种条件要根据温度进行调整。 (1)温度
熔汤温度因合金种类、产品形状而稍有不同,但一般在680~730°C的范围内。熔汤温度对内部缺陷和外观品质等有很大影响,所以实际操作时管理范围是14°C左右。模具温度在低压铸造时更显得重要。
从方向性凝固的观点来看模温分布是从浇口往上型方向变低,一般而言浇口480~520°C,下型400~450°C,横型350~400°C,上型250~350°C,但是为了改善内部品质(强化方向性凝固)、缩短铸造周期,可以进行上型和横型的冷却(水冷、空冷,一般冷却模具整体的线式冷却比较多)。
在多个浇口的情况下,浇口间距离变近、浇口间温度变高,使浇口和成形部位的凝固容易发生反转。如果是由于产品形状的限制无法修改模具方案的话,采用在浇口间加上点式冷却,加大浇口的温差坡度等方法也是比较有效的。模具温度是由铸造周期、熔汤温度、气氛温度等决定的,所以在试制作阶段要抓住这些条件和内部外观品质的关系。
改善负面因素,在可能的范围内大幅度地改变铸造条件进行品质变动的试验,然后订出管理范围。这些能做到的话就可以确保稳定的品质。另外条件和品质的关系在短时间内还很难完全掌握,所以同时进行凝固解析也是有效的手段。
(2)加压时间
这是指充填开始到浇口部凝固为止的加压时间。因产品数量、产品形状、模具温度、熔汤温度、浇口直径、浇口数量等原因加压时间会有所不同,但一般气缸头是2~8分钟,根据重量相应延长。温度条件是影响最大的,在稳定条件下是固定的时间,浇口长度(相当于冒口高度)也较稳定。
但是在铸造开始时,短时间停顿后模具温度降低,波动变大,并随着铸造数量的增加和温度条件的波动,浇口部分和给料管内的氧化物堆积起来,浇口截面积减小。在这些情况下,从熔汤、模具传来的热量发生变动,凝固时间变得不稳定。于是成形部的凝固时间发生改变,从产品到浇口的方向性凝固被破坏,产品内部容易出现缩孔等内部缺陷。因此稳定温度条件、保持浇口和给料管等给汤系统的正常状态是非常重要的。
以前操作者是观察浇口的状态后再调整时间的,后来引进了测量铸造时的温度后实时自动调整到最佳条件的控制器。在所有的工序中这是最花时间的部分,因此为了提高生产性要积极地考虑模具冷却、1模2件、2段加压等缩短时间的方法。
(3)凝固时间
这是从加压完毕到产品脱模的时间,是脱模时冷却到铸件不出现变形、拉伤等的时间。一般而言是加压时间的1/3左右,但和加压时间一样也随温度发生变化。从生产性考虑凝固时间短点好。可以加快冷却速度,让脱模阻力小的横型先行,积极地对开模后的产品和模具进行冷却。
(4)加压条件
低压铸造法是用气体对熔汤面加压使熔汤上升进行充填的铸造法,因此加压条件影响到熔汤流动性和冒口效果,是品质管理的重要项目。充填时必要的压力如下面公式计算:
P(Mpa) = Υ×(1+S/A)×△H×10 (2)
Υ= 熔汤比重(2.4~2.5)
S = 给汤管截面积(m)
A = 加压实际(有效)面积(m)
△H = 熔汤面变动量(m)(给汤管内上升量+加压面下降量)
根据铸造机的结构和产品会有所不同,公式(2)中下划线的部分在批量生产的产品中一般是0.025左右,可以根据公式(2)来决定加压力。加压力是由到产品上端的熔汤顶升力和冒口压力组成,其中前者是由铸造机和模具的构造决定的,冒口压力一般在0.005~0.01Mpa左右。为了冒口效果冒口压力高一点好,但如果超过0.01Mpa,模具排气道会闭塞,涂料脱落,熔汤容易压进砂制型芯,所以冒口压力不会太高。
在气缸头中使用了很多砂芯,因此将中子产生的燃气高效率地排出模具是很有必要的。但气缸头的中子形状变得很复杂,数量也多,所以在模具上无法充分设计排气道。在这种情况下采用将冒口压力提高至上限来防止气体卷入产品内部的手段是比较有效的。
如果加压速度太慢,熔汤的充填效果会变差,引起熔汤流动性不良;如果太快,又会引起乱流,出现卷入气体、异物等缺陷。由于根据流路形状不同流速会有差异,所以模具内各部分的速度有所变化。给汤管内要控制熔汤温度的下降,速度便快;模具内部要控制乱流,速度便慢,冒口压力高。一般而言,薄壁铸件需要快速充填,厚壁铸件则相反。
表5.2、图5.8表示了双缸1模2件气缸头中的加压力和加压速度的设定。熔汤补充后,随着铸造的进行熔汤面下降,因此必须增加与液面下降量相对应的加压力。稳定初期液面位置,然后从液面变化量来决定压力补充值。特别是对熔汤面积变化大的坩埚型保持炉而言更需要进行详细的条件设定。已普及了能全部设定这些加压条件的控制器,所以因加压条件而引起的故障已得到很大改善。
表5.2 加压条件例(气缸头1模2件) 部位 压力(MPa) 加压度(Mpa/s)10 熔汤面—浇口距离h 1~2 浇口部P1 h(mm)*0.0025 成形部、成形部高度h2 0.3~0.7 产品上端P2 P1+h2*0.0025 冒口 0.005~0.01 1~2 最后压力P3 P1+P2+0.005~0.01 给汤管和炉床间的距离如果太短的话,在加压时熔汤的流动会出现乱流,因此一般而言要确保不影响熔汤使用量的200mm左右。最后为了防止从熔汤表面吸收氢气,对作为加压气体使用的空气要进行除湿处理。 与重力金型铸造法、砂型铸造法比较类似,表5.3中显示了低压铸造中具有代表性的缺陷和原因及其对策。却显得原因并不仅限于一个,而常常是多个因素综合影响的。因此在考虑对策时需要从模具方案、铸造条件开始进行充分的调查,用定量的数据明确找出原因。
特别是在批量生产中铸造条件的微妙变化都会产生影响,因此也需要注意除了可以定量化的温度条件外,还必须仔细调查模具排气、上涂料、熔汤品质的变化等。下面列举两个气缸头中具有代表性的改善不良事例。
表5.3 低压铸件的主要缺陷和对策 缺陷 原因 对策 缩 方向性 缩短加压凝固时间,缓和壁厚变化 孔 铁含量增加 防止从设备、工具等处混入铁 熔汤 加压速度慢 加快加压速度 流动 熔汤温度、模温低 缩短加压、凝固时间,提高熔汤温度 不良 排气道堵塞 补涂料、清扫排气道 排气道堵塞 补涂料、清扫排气道 喷火 砂芯吸湿 缩短造型到铸造的时间 泄压 换密封垫、修理模具变形 上涂料不够 补涂料 炝火 加压速度快 变更加压条件 排气道堵塞 补涂料、清扫排气道 排气道堵塞 补涂料、清扫排气道 冷 熔汤温度、模温低 缩短加压、凝固时间,提高熔汤温度 隔 卷入了氧化物 加高金属网 砂芯吸湿 缩短造型到铸造的时间 加压时间短 延长加压时间 浇口不够 熔汤温度、模温高 降低熔汤温度 金属网安装不良 扩大金属网固定余量 冷却速度慢 冷却模具 气孔 熔汤气体量多 脱气处理 方向性凝固被破坏 缩短加压凝固时间,缓和壁厚变化 落渣 落下了中子砂 追加排砂道,修正中子干涉部位 拉伤 脱模温度高 增加凝固时间和拔模斜度 例1:进气道壁压力泄漏对策
如图5.9所示,压力泄漏是从浇口上的进气道壁厚处上端的缩孔引起的。如果达到了方向性凝固,那么凝固是从产品上端外围向浇口处开始的,不会产生缩孔。但是由于某些铸造条件的变化,四周的热传导变差,在围着砂芯的该部位处凝固的方向出现反转,出现了缩孔。
关于铸造条件和出现缺陷的关系,经过调查,明确了如果浇口部温度和熔汤温度低过一定范围的话就容易出现缺陷的事实。作为对策和解决办法,要保持良品温度范围,稳定铸造条件。为了扩大良品范围要在铸造方案和材料两方面来考虑对策(表5-4)。
表5.4 缩孔对策内容 目的 对策内容 铸造条件的稳定 铸造作业的标准化 根据温度进行加压、凝固条件的自动设定 根据浇口、给汤管面积的扩大增加热量 强化方向性凝固 根据上型冷却增加温差坡度 缓和壁厚急变(加圆角、增加对下型的壁厚) 改善材料 缓和壁厚急变(加圆角、增加对下型的壁厚) 例2:下台面疏松的改善
柴油机气缸头与汽油机的相比,下台面的机械性热负荷高,因此必然要求是疏松气孔少的致密组织和高机械性能。小型轿车的气缸头从铸铁向铝合金发展,所以对高排气量的发动机也开始了能否适用的试验。
在我国铝合金气缸头主要采用低压铸造法,把浇口开在下型面,为了保持模具温度凝固速度当然变慢,因此即使对组织进行热处理,机械性质也不会有太大的提高。到目前为止为了解决这些问题,采用了诸如TIG焊接的局部强化、重力铸造中的下台面冷却等方法。在低压铸造中虽是比较难的问题,但可以根据铸造方案的改变(阶梯式浇口)和铸造条件的控制来改善组织和强度,实现批量生产。
图5.10显示了改善解决前后的铸造方案,以前的方案是基本的气缸头的铸造方案,但为了促进方向性凝固,对上型和进气横型进行了冷却。对此为了减少气孔量,在改善方案中加了对下型面的急冷,同时也保持了前方案的方向性凝固。
特别是对下型进行充分的冷却是非常必要的,所以在改善方案中确保了冷却水的流量、压力和进行了严格的温度控制。浇口周围做成砂型,确保了充分的浇口截面和热量,另外用浇口部横型的加热器进行保温控制,冷却上型和反浇口侧的横型从而达到对浇口的方向性凝固。
但是由于大量使用冷却,也因模具温度低、模具间温差大出现了一些问题(如型芯烧成气体难以排出、熔汤流动性差、模具涂料寿命短、型芯位置精度偏差大等)。所以采用1模1件在生产。
表5.5中显示了两种方案铸造条件的不同之处,表5.6是组织、机械性质的对比。其中1是指气孔量宏观腐蚀了特定部位,根据对扩大后的气孔量占有率进行画像解析而得出的定量化数据。所谓DAS是2次枝晶冒口间隔的省略,表示显微组织的大小。DAS越小凝固速度越快。阶梯式浇口方案中所有的项目都得到了提高。从表中可以看出,低压铸造法的薄弱处即下型面的组织和强度都得到了很大地改善,但是品质和管理的方便程度还不如重力模具铸造法。
表5.5 阶梯式浇口方案的铸造条件 方案 熔汤温度 模具温度 加压时间 个数 (C) 下型 上型 模型(EX) (Min) 以前方案 695 540 410 445 6 2 阶梯式浇口 705 300 345 465 3.8 1 表5.6 气缸头的下型面品质 方案 材质 气孔量 DAS值(mm) 拉伸强度(N/mm) 延伸率(%) 以前方案 AC2B 1 55 260 1 阶梯式浇口 AC2B 0.55 35 280 2 重力金型法 AC4C 0.4 25 300 5 低压铸造法从被大量使用以来已经30多年了,已确立了铝合金铸件的重要工作法之一的地位。特别是在气缸头中的作用巨大,今后低压铸造仍会是主流方法。
从空冷小型发动机的气缸头开始,到水冷化、多气筒化、功能的扩大、DOHC化和材料重量的增加,并且形状越来越复杂,壁厚变化也加大,铸造的难度也逐年增加,同时为了降低成本进行生产性改善,考虑了1模2件、交换模具时工序改进、动模速度提高和与后处理工序的结合等,冷却控制和加压控制等技术也逐年提高,已出现了包括砂芯的搬运和组装在内的完全自动化线,这同时也从高温作业解放出来,改善了作业环境。
根据以上内容,可以考虑以下气缸头铸造技术的课题:
1)提高材料强度(直喷式汽油机、柴油机气缸头的铝合金化推进)
2)生产性的提高(提高控制技术、后处理线的同步化、全自动化生产线的推
进)
3)其他品种少量生产对策(包括模具准备工序的缩减、中子造型和后处理的
紧凑的生产线设计)
4)缩短开发时间
5)技能的延续(上涂料、铸造条件的调整等)
关于1)项,如何对下型进行冷却是重点,但以往的技术在低压铸造中很
难应用,所以认为更适合采用重力铸造。因此例2是最大限度地发挥了低压铸
造的优点克服了问题点的实际例子。在欧美国家气缸头的主要铸造法仍是重力铸造法,所以为了扩大今后的市场必须解决这个问题。
关于2)和3)项,这是随着FA技术的进步必然要发展的问题。考虑到铸件的高强度化和高生产性化的要求,条件控制会变得比更复杂,因此紧凑的自由度高的生产线结构可以保持综合的高水准。
关于4)项,重点在于需要在设计初期阶段和用户共同开发以及积极运用CAE技术。
最后的第5)项是最紧迫的项目,越推进自动化和无人化,这个问题越显得重要。由于很难定量数据化,而且与经验有关的项目较多,所以地道的技能教育和继承是很重要的。同时为了达到定量化控制而进行的基础研究和开发也同样重要。

『贰』 低压铸造是什么

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔,以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低,所以叫做低压铸造。

低压铸造装置如图1-38a所示。

缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气,金属液受气体压力的作用,由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔,如图1-38b所示。开启铸型,取出铸件,如图1-38c所示。

特点

1.浇注时的压力和速度可以调节,故可适用于各种不同铸型(如金属型、砂型等),铸造各种合金及各种大小的铸件。

2.采用底注式充型,金属液充型平稳,无飞溅现象,可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷,提高了铸件的合格率。

3.铸件在压力下结晶,铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁,力学性能较高,对于大薄壁件的铸造尤为有利。

4.省去补缩冒口,金属利用率提高到90~98%。

5.劳动强度低,劳动条件好,设备简易,易实现机械化和自动化。

『叁』 铸造的原理是什么呢

你好,关于你的问题,我查阅了一些资料,希望对你有所帮助:
第一、 铸造的定义:
铸造是熔炼金属,制造铸型,并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法 。
第二、铸造的原理是:
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里,经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形,而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了制作时间.

第三、铸造的工艺(目前主要分为八类):
1.砂型铸造;

2.精密铸造,又称失蜡铸造,熔模铸造 ;

3.消失模铸造 ;

4.压铸,又称压力铸造 ;

5.离心铸造 ;

6.石膏型铸造 ;

7.连续铸造 ;

8金属型铸造等

总之,铸造是现代装置制造工业的基础工艺之一。

希望能帮到你,O(∩_∩)O~

『肆』 低压铸造的过程是什么

低压铸造是指铸型一般安置在密封的坩埚上方,坩埚中通入压缩空气,在熔融金属的表面上造成低压力(0.06~0.15MPa),使金属液由升液管上升填充铸型和控制凝固的铸造方法。这种铸造方法补缩好,铸件组织致密,容易铸造出大型薄壁复杂的铸件,无需冒口,金属收得率达95%。无污染,易实现自动化。但设备费用较高,生产效率较低。一般用于铸造有色合金。

『伍』 低压铸造的基本原理

如图5.1所示,在密闭的保持炉的熔汤表面上施加0.01~0.05Mpa的空气压力或惰性气体压力,熔汤通过浸放在熔汤里的给汤管(升液管)上升,被压进与炉子连接着的上方的模具内。熔汤是从型腔的下部慢慢开始充填,保持一段时间的压力后凝固。凝固是从产品上部开始向浇口方向转移,浇口部分凝固的时刻就是加压结束的时间。于是就凭借浇口的方向性凝固和从浇口开始的冒口压力效果得到了完美的铸件。最后当铸件冷却至固相温度以下便可从模具中取出产品。

『陆』 铝合金铸件不能有气孔和缩孔等且其结构复杂,最小壁厚为15mm,问采用哪种铸造方式好

在纯铝中加入一些金属或非金属元素所熔制的铝合金是一种新型的合金材料,由于其比重小,比强度高,具有良好的综合性能,因此被广泛用于航空工业、汽车制造业、动力仪表、工具及民用器具制造等方面。随着国民经济的发展以及经济一体化进程的推进,其生产量和耗用量大有超过钢铁之势。加强对铝合金材料性能的研究,保证铝合金铸件具有优良品质,既是我们每一个科技工作者义不容辞的责任,也是同我们的日常生活息息相关的头等大事。本文结合作者铝合金铸件生产实践经验谈谈铝合金铸件气孔与预防问题。
1.气孔类别
由于铝合金具有严重的氧化和吸气倾向,熔炼过程中又直接与炉气或外界大气相接触,因此,如熔炼过程中控制稍许不当,铝合金就很容易吸收气体而形成气孔,最常见的是针孔。针孔(gas porosity/pin-hole),通常是指铸件中小于1mm的析出性气孔,多呈圆形,不均匀分布在铸件整个断面上,特别是在铸件的厚大断面和冷却速度较小的部位。根据铝合金析出性气孔的分布和形状特征,针孔又可以分为三类①,即:
(1) 点状针孔:在低倍组织中针孔呈圆点状,针孔轮廓清晰且互不连续,能数出每平方厘米面积上针孔的数目,并能测得出其直径。这种针孔容易与缩孔、缩松等予以区别开来。
(2) 网状针孔: 在低倍组织中针孔密集相连成网状,有少数较大的孔洞,不便清查单位面积上针孔的数目,也难以测出针孔的直径大小。
(3) 综合性气孔:它是点状针孔和网状针孔的中间型,从低倍组织上看,大针孔较多,但不是圆点状,而呈多角形。
铝合金生产实践证明,铝合金因吸气而形成气孔的主要气体成分是氢气,并且其出现无一定的规律可循,往往是一个炉次的全部或多数铸件均存在有针孔现象;材料也不例外,各种成分的铝合金都容易产生针孔。
2. 针孔的形成
铝合金在熔炼和浇注时,能吸收大量的氢气,冷却时则因溶解度的下降而不断析出。有的资料介绍②,铝合金中溶解的较多的氢,其溶解度随合金液温度的升高而增大,随温度的下降而减少,由液态转变成固态时,氢在铝合金中的溶解度下降19倍。(氢在纯铝中的溶解度与温度的关系见图1③)。因此铝合金液在冷却的凝固过程中,氢的某一时刻,氢的含量超过了其溶解度即以气泡的形式析出。因过饱和的氢析出而形成的氢气泡,来不及上浮排出的,就在凝固过程中形成细小、分散的气孔,即平常我们所说的针孔(gas porosity)。在氢气泡形成前达到的过饱和度是氢气泡形核的数目的函数,而氧化物和其他夹杂物则在起气泡核心的作用。
在一般生产条件下,特别是在厚大的砂型铸件中很难避免针孔的产生。在相对湿度大的气氛中溶炼和浇注铝合金,铸件中的针孔尤其严重。这就是我们在生产中常常有人纳闷干燥的季节总比多雨潮湿的时节铝合金铸件针孔缺陷少些的原因。
一般说来,对铝合金而言,如果结晶温度范围较大,则产生网状针孔的机率也就大得多③。这是因为在一般铸造生产条件下,铸件具有宽的凝固温度范围,使铝合金容易形成发达的树枝状结晶。在凝固后期,树枝状结晶间隙部分的残留铝液可能相互隔绝,分别存在于近似封闭的小小空间之中,由于它们受到外界大气压力和合金液体的静压作用较小,当残留铝液进一步冷却收缩时能形成一定程度的真空(即补缩通道被阻塞),从而使合金中过饱和的氢气析出而形成针孔。
3. 形成气孔的氢气的来源与析出
铝合金中气孔的产生,是由于铝合金吸气而形成的,但气体分子状态的气体一般不能溶解于合金液中,只有当气体分子分解为活性原子时,才有可能溶解。合金液中气体能溶解的数量多少,不仅与分子是否容易分解为活性原子有关,还直接与气体原子类别有关。在铝合金熔炼过程中,通常接触的炉气有:氢气、氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等,这些气体主要是由燃料燃烧后产生的,而耐火材料、金属炉料及熔剂、与气体接触的工具等也可以带入一定量的气体,如新砌的炉衬、炉子的耐火材料、坩埚等,通常需要使用几天或几周的时间,其化学结合的氢才能充分从粘结剂中释放出来。一般而言,炉气成分是由燃料种类以及空气量来决定的。普通焦炭坩埚炉,炉气成分主要为二氧化碳、二氧化硫和氮气;煤气、重油坩埚炉主要为水蒸气、氮气;而对目前大多数熔炼厂家使用的电炉熔炼来说,炉气成分主要是氢气。因此,采用不同的熔炼炉熔炼时,铝合金的吸气量和产生气孔的程度是不同的。
铝合金生产实践证明,氢是唯一能大量溶解于铝或铝合金中的气体,是导致铝合金形成气孔的主要原因,是铝合金中最有害的气体,也是铝合金中溶解度最大的气体。在铸件凝固过程中由于氢的析出而产生的孔隙,不仅减少了铸件的实际截面积而且是裂纹源。惰性气体不能溶于铝或铝合金,其他气体一般与铝或铝合金反应形成铝的化合物,如Al2O3、AlCl3、AlN、Al4C3等等。由图1可知,氢在液态铝或铝合金中的溶液解度很大,而几乎不溶解于固态铝(在室温条件下,其溶解度约在0.003﹪以下)。
在铝合金熔炼时,周围空气中的氢气含量并不多,氢的最通常的来源是铝和水蒸气的反应,而水蒸气主要来源于炉气中的水分、设备及工具吸附的水分、一些材料的结晶水与铝锈Al(OH)2分解出来的水分等,其反应式如下:
3H2O(水蒸气)+2Al=Al2O3+6[H](1)
含镁铝合金由于还发生下列反应,更容易吸收氢:
H2O(水蒸气)+ Mg=MgO+2[H](2)
另外,金属炉料或回炉料带入的油污、有机物、盐类熔剂等与铝液反应也能生成氢:
4mAl+3CmHn=mAl4C3+3n[H] (3)
镁、钠、锂可以改变铝的表面的氧化膜,使活性氢原子容易进入;金属氟和铍则能在铝的表面形成更致密的氧化膜,降低氢向铝液或铝合金中扩散的速度,对铝合金起到保护作用。形成氢化物的元素,如钙、钛、锂、铯等金属均能强烈地扩大氢在铝液中的溶解度。不同温度下活性氢原子在铝液或铝合金中的溶解度见表1。
4.气孔对铝合金铸件性能的影响
针孔对铝合金性能的影响主要表现在能使铸件组织致密度降低,力学性能下降。为此,在铝合金铸件生产实践中,加强对气孔等级对力学性能的影响研究,通过控制针孔等级来保证铝合金铸件品质是非常重要的。针孔等级评定,低倍检验按GB10851-89进行,当有争议时按表2规定执行;X射线照相按GB11346-89铝合金铸件针孔分级标准执行,该标准选用目前工业生产中常用的两种合金ZL101(Al-Si-Mg系)和ZL201(Al-Cu-Mn系), 并在T4状态测定бb和σ5的试验结果表明(ZL101T4、ZL201ST4各种针孔试样的力学性能分别见表3、表4):铸件力学性能与针孔等级之间是线性相关关系,随着针孔等级级别增加,力学性能逐步下降;针孔等级每增加一级,力学性бb下降3%左右,σ5下降 5%左右。对铝合金铸件切取性能试样要求,铸件允许存在的针孔级别详见GB9438-8
这里应当指出的是,由于铸件壁厚效应的影响,即使针孔严重程度相同,壁厚大的部位力学性能下降,壁厚小的则较高。由于铸件的力学性能取决于多种因素,不仅与针孔等级有关,还与合金的化学成分的波动、铸 件的凝固速度、热处理效果、其他缺陷的存在因素有关,所以同一级别的针孔试样,力学性能将在一个相当大的范围内波动。
5. 铝合金铸件针孔形成的主要因素
综上所述,针孔是铝合金铸件中容易出现的且对铸件品质造成一定影响的一种铸造缺陷,氢是造成针孔的主要原因(有的资料介绍,铝液中所溶解的气体中80%-90%是氢),而氢的主要来源是水蒸气分解所产生的。因此,铝合金在熔炼过程中造成水蒸气产生的原因,也就是直接影响针孔形成的主要因素。影响针孔形成的主要因素有:
5.1 原材料、辅助材料的影响
在铝合金熔炼浇注过程中,所使用的原材料、辅助材料、一些材料中的结晶水和铝锈AL(OH)2分解会产生水分,造型材料中有多种有机和无机辅料带有的水分,铸型材料中的辅料、涂料等因为预热不良含有的水分等等,在铝合金熔炼浇注时,会因水蒸气的分解而产生大量的气体,这些气体都有可能导致铸件产生气孔。涂料中粘结剂,虽然可以增加涂层厚度,但也相应增大了发气量。
5.2 熔炼设备及工具的影响
不同熔炼设备熔化铝合金时,铝合金的吸气量和形成气孔的程度是不同的。新坩埚及有锈蚀、污物的旧坩埚,使用前应吹砂或用其他方法清除干净,并加热至700℃-800℃,保温2h-4 h,以去除坩埚所吸附的水分和其它化学物质,否则会因含有水分而在熔炼浇注时产生水蒸气而导致形成气孔。新砌的炉子,通常也需要使用几天或几周的时间进行烘炉干燥处理,否则耐火材料中含有的水分及化学结合的氢就无法释放而导致熔炼时形成气孔。
熔炼用的工具如浇包、除气用的钟罩等,使用前应将表面残余的金属、氧化皮等污物清除干净;铝镁合金使用的工具,使用前则要求放在光卤石等熔剂中洗涤干净。然后涂上防护涂料并进行预热烘干。如果预热不良,表面吸咐的水分,会在熔炼浇注过程因加热形成水蒸气而产生大量的气体,导致铸件针孔的形成。
5.3 气候的影响
一般情况下,周围空气中的氢气含量并不多,但空气中如果相对湿度大,则会增加合金液中气体的溶解度,形成季节性气孔,如在雨季,由于空气湿度大,铝合金熔炼时针孔产生的现象就严重些。当然,空气湿度大时,铝合金锭 、熔炼设备、工具等也会因空气潮湿而增加表面水分的吸附量,因此更应注意采取有力预热烘干防护措施,以减少气孔的产生。
5.4 熔化操作的影响
铝合金熔炼时,由于氢气溶解到铝液中需要一个过程,因此加强熔炼过程的控制,对控制铝合金吸气量是大有文章可做的。生产实践表明,铝液吸氢是在表面进行的,它不仅与铝液表面的分压有关,还与合金熔炼温度、熔炼时间等有较大的关系。合金熔化温度越高,熔化时间和熔化后铝液保持时间越长,氢在铝液中扩散就越充分,铝液吸氢量就越大,出现针孔的几率就越大。有人曾做试验,铝液存放时间越长,铝合金内含气量近似成比例增加。因此,我们在大量生产条件下,为了减少铝合金熔炼时吸收氢气,一定要严格执行铝合金熔炼工艺规程,一般铝合金熔化后保持时间不能超过3h-5h,铝合金熔化温度也不能过高,一般控制在760℃以下,最高初始熔炼温度不应超过920℃。
5.5 砂型铸造铸型的影响
铸型含水量高,铝合金中含氢量就越高。有人用同炉合金浇入不同含水量的铸型,经测定合金中氢气含量有很大区别③:铸型含水量为5%时,铸型中含氢量为1.5ml/100g;铸型含水量为6%时,铸型中含氢量为2.5ml/100g;铸型含水量为8%时,铸型中含氢量为3.0ml/100g。因此砂型铸造铝合金时,最好采用干燥或表面干燥型,如用湿型,含水量应控制在6%以下。这是因为湿型铸造时,由于水分的汽化温度低,当加热到铝液熔化温度时,砂型中会产生大量的气体,随着压力增大,体积发生膨胀,压力大的气体就会进入型腔或型腔中的铝液,导致侵入性气孔的形成。
5.6 金属型铸造型腔的影响
由于金属型铸造没有退让性和无透气性等特点,金属型在充填和浇注过程中,型 腔内的气体一方面随着铝液金属的充填被压缩;另一方面又被迅速强烈加热,引起压力升高,结果造成充型反压力,阻碍铝液金属充填型腔,当压力超过一定极限时,气体就可能冲破金属液流束的表层,通过内浇口向外逸出,破坏金属液连续流动,并造成强烈氧化,在气体穿越金属液时,如果受到初晶或凝固层的阻挡,便会留在金属液中形成气孔。当带有砂型的金属型铸造时,液体金属在充填过程中,砂型受到粘结剂分解以及涂料未烘干或金属型预热不充分的影响,都会增加型腔内的气体量,当型腔内的气体不能充分排出时,气体便滞留于铸件形成气孔,而部分残留气体则富集于铸型壁与金属液之间形成“气阻”,这些气阻则使铸件出现浇不足或冷隔缺陷。
6.预防铝合金铸件针孔形成的主要措施<
由以上分析可知,铝合金铸件容易产生针孔缺陷。它与铝合金本身特性有关系,也与一系列的外界因素有关。为了避免或减少铝合金在熔炼时产生针孔,保证铝合金铸件具有优良品质,可针对性地采取适当的预防措施予以预防。
6.1 认真做好熔炼浇注时的准备工作
6.1.1 严格按工艺规程要求,正确处理好炉料。炉料使用前应用吹砂或其它方法去除炉料表面的锈迹、泥沙等污物,并进行炉料预热,预热温度:350℃-450℃,保持3h以上,严防带入水分和油污等。按QJ169-75要求的I类铸件,只允许使用一级回炉料,Ⅱ、Ⅲ类铸件允许使用二级回炉料,但Ⅱ类铸件回炉料的总量不允许超过70%,三级回炉料不允许用于基本产品的生产。
6.1.2 坩埚、锭模、熔炼工具,使用前应将表面油污、脏物等清除干净。并预热至120℃-250℃,涂以防护涂料。
6.1.3 新坩埚、新砌炉子、有锈蚀的旧坩埚,使用前应用吹砂其他方法将表面清除干净,并进行烘炉处理。一般应加热至700℃-800℃,保温2h-4h,以去除坩埚所吸附的水分及其它化学物质。
6.1.4 已经涂料的坩埚 、锭模、熔炼工具使用前,均须预热,坩埚应预热至暗红色(500℃-600℃);熔炼工具应预热至200℃-400℃,保持2h以上(除使用感应炉熔炼合金时,坩埚可不预热外。)
6.2 严格执行工艺规程,力求做到快速熔炼
铝合金在熔炼时,要力求做到快速熔炼,缩短高温下停留的时间。Al-Mg合金和其它铝合金熔化后保持时间过长时,需要用熔剂覆盖铝合金液面,以防止铝合金吸气,一旦在生产过程中出现异常,要及时与现场技术人员取得联系,采取果断措施予以处理。根据QJ1182-87标准,每一炉合金从开始熔化到浇注完毕的时间,砂型铸造不得超过4h;金属型铸造不得超过6h;压铸不得超过8h;合金最高温度一般不超过760℃,坩埚底部涂料厚度不得小于60mm。
6.3 加强潮湿季节预防措施
在雨季或空气潮湿时节铸造铝合金,我们更应加注意采取预防去气防护措施,对熔炼用具、锭模、坩埚、炉料等都要严格按规范进行预热处理,以防带入过多的水分和油污等,引起各类针孔的产生。
6.4 精炼去气,去除铝合金中的气体<
一般情况下,所谓“去气”(又叫“除气”)就是去除合金中的气体,“精炼”就是指去除合金中的夹杂物。因铝合金熔炼时,除气和精炼两个工序多合并在一起进行,故在生产实践中习惯将这两个工序称为精炼。由于铝合金中的气体主要是氢气,去气也就是主要去除氢气。目前去气的主要办法是在铝合金中通过精炼除气剂制造大量的气体(气泡中的气体可能是铝液内部经化学反应产生的,也可能性是经由部分精炼除气剂加入直接带入的),利用分压原理,让溶解于铝液中的氢原子向气泡扩散(此时气泡的分压为零),由于气泡比重轻,当气泡上浮到铝液表面时,气泡破裂,氢气逸入大气之中,最终达到去除氢气的目的。
目前,为了消除铝合金铸件针孔,最常用的办法是在熔化过程中用氯盐和氯化物除气,用氯气、氮气除气,用真空除气,用超声波除气,过滤除气等方法。,常用精炼除气剂的用途见表5。采用氯盐和氯化物除气剂除气时,要用钟罩将除气剂压入坩埚底部100mm,沿坩埚直径1/3处(距坩埚内壁)的圆周匀速移动。为了不使铝液大量喷溅,除气剂可分批加入,除气结束除渣,并按表6规定的时间进行静置。
6.5 增加气体在合金中的溶解度
采用快速或高压下凝固的方法,提高气体在铝合金中的溶解度,促进气体来不及或不能析出,从而达到消除针孔的目的。具体方法限于篇幅,在此不做过多阐述。
6.6 采用工艺方法进行除气
通常情况下,砂型铸造也可以采用静置、多扎出气孔和加大冒口等方法进行去气。这里仅以金属型铸造去气预防措施为例做一简易介绍。由于金属型铸造具有无透气性特点,在设计金属型时就必须有排气预防措施,其生产中常用的排气方式有:
(1)利用分型面或型腔零件的组合面的间隙进行排气:因为金属型零件在组合时,总会有间隙,一般分型间隙在0.08mm-0.15mm之间,活动零件间隙在0.1mm-0.2mm之间,利用这些间隙可用来排气,但不允许为了排气而过分扩大间隙,造成金属液阻塞,从而使铸件上毛刺增加,降低铸件尺寸精度。
(2)开排气槽:即在分型面或型腔零件的组合面上,芯座与顶杆表面上做排气槽,这样既能排气,又能蓄气,阻止液体金属流入,故在金属型铸造和金属型低压铸造时被广泛采用。
(3)设排气孔:排气孔一般开设在金属型的最高处,或金属型内可能产生“气阻”的地方。
(4)设计排气塞:排气塞是金属型常用的排气设施。在一平面上需要设制数个排气塞时,可用一个排气环来代替,将它设计在型腔的“气阻”处,或型腔的大平面上,以便排气畅通。如在铸件肥厚部分设计排气塞,排气塞可用导热性好的铜制作,同时还可以起到加强铸件冷却的作用。排气塞安装的位置和数量,常在金属型修正时确定。在金属型小批量生产时,为简化排气塞的制作,常在需要设置排气塞的地方,钻ф5-10毫米的小孔,孔内塞以水玻璃砂,也可以起到排气塞的作用。
7.预防铝合金铸件气孔形成应遵循的工艺原则
以上分析了铝合金铸件气孔形成的主要因素,并针对性地论述了一系列相应的预防措施,目的就是要在铸件中防止生成气孔和夹杂,获得优良品质的铸件。从铸造工艺角度综合分析,预防气孔的生成,消除气孔和氧化夹杂,我们可以用“防”、“排”、“溶”三字工艺原则来概括。
“防”:就是要防止水分及各种污物进入坩埚或熔炉中。
“排”:就是要排除铝液中的氧化夹杂和氢气,因为只有有效去除悬浮在铝液中的弥散状的夹杂物(主要是Al2O3),才能防止铝液增氢,消除去氢障碍,从而获得纯净的铝液,浇出合格的铸件。“渣既尽,气必除”说的就是这个意思。
“溶”:就是要使铝液中的氢在凝固时能部分地或者全部地固溶在合金组织中,不致在铸件中形成气孔。
因此,在铝合金熔炼安排和选择“防”、“排”、“溶”三套工艺措施时,我们必须遵循“以防为主,以排为辅”的工艺原则,但最佳的熔炼或重熔方法,着眼点应仍放在“防”字上。
当然,铝合金熔炼或重熔时,贯彻“以防为主,以排队为辅”的原则,正确实施“防”、“排”、“溶”三套工艺措施,还必须具有过硬的熔炼操作基本功,熔炼操作基本功包括:精炼设备、熔炉炼工具的准备和处理,溶剂、变质剂的预制,精炼、变质除渣的技巧,搅拌操作的技巧和合理浇注等等,我们只有具备了过硬的操作基本功,才能真正有效地预防铝合金铸件气孔的形成。

『柒』 模具铸造中,高压与低压铸造到底有什么区别啊

高压铸造是通过液压缸驱动压射头将金属液高速压入模具型腔中,由于是用油压,压力较高,故俗称高压铸造;而低压铸造是通过气压将金属液压入模具型腔中,气压一般在0-2Kg/cm2,故一般称为低压铸造。

模具(mú jù),工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。 简而言之,模具是用来成型物品的工具,这种工具由各种零件构成,不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。素有“工业之母”的称号。
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺,已有约6000年的历史。中国约在公元前1700~前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期,工艺上已达到相当高的水平。铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中,待其冷却凝固后,以获得零件或毛坯的方法。[1] 被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属(例:铜、铁、铝、锡、铅等),而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷。因应不同要求,使用的方法也会有所不同。

『捌』 低压铸造的工作原理与压力铸造有何不同

低压铸造是使液态合金在较低压力(20~70KPa)下,自下而上地填充型腔,并在压力下结晶形成铸件。因此与压力铸造相比,所受压力大小不同,液态金属流动方向不同。

因为低压铸造充型平稳,液流和气流的方向一致,故气孔,夹渣等缺陷少;组织致密,铸件力学性能高;充型能力强,有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件,故重要的铝合金铸件常采用低压铸造。

『玖』 谁能介绍下低压铸造的技术特点是什么

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔,以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低,所以叫做低压铸造。
缓慢地向坩埚炉内通入干燥的压缩空气,金属液受气体压力的作用,由下而上沿着升液管和浇注系统充满型腔,如图1-38b所示。开启铸型,取出铸件。
低压铸造的技术特点是:
1.浇注时的压力和速度可以调节,故可适用于各种不同铸型(如金属型、砂型等),铸造各种合金及各种大小的铸件。
2.采用底注式充型,金属液充型平稳,无飞溅现象,可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷,提高了铸件的合格率。
3.铸件在压力下结晶,铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁,力学性能较高,对于大薄壁件的铸造尤为有利。
4.省去补缩冒口,金属利用率提高到90~98%。
5.劳动强度低,劳动条件好,设备简易,易实现机械化和自动化。

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