壓鑄鋁合金缸體漏氣原因分析

陳文斌

摘 要：鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體在壓鑄成型后，進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)部分缸體漏氣。利用金相顯微鏡對(duì)漏氣部位進(jìn)行分析，結(jié)果表明該試樣漏氣的主要原因是存在疏松、拉傷和致密層被破壞。

關(guān)鍵詞：壓鑄鋁合金；漏氣；疏松；拉傷；致密層

中圖分類號(hào)：TG249.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）30-0100-02

隨著人們對(duì)環(huán)保、輕量化的要求日益提高，汽車中的許多關(guān)鍵部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等，逐漸轉(zhuǎn)向采用壓鑄生產(chǎn)。相比傳統(tǒng)的鑄造，壓力鑄造具有效率高、精度高、表面光潔度好、提高鑄件密度、節(jié)能省耗、工藝路線短等優(yōu)點(diǎn)。但由于液體合金高速充型，快速冷卻等原因，壓鑄仍存在不少的鑄造缺陷，漏氣就是比較常見的缺陷之一。

1 試樣檢驗(yàn)與對(duì)比

首先通過氣密性試驗(yàn)來找到缸體的漏氣部位，然后截取該部位作為2#試樣。為了方便對(duì)比，同時(shí)在合格品缸體上相同部位截取試樣作為1#試樣。

1.1 致密層分析對(duì)比

首先對(duì)1#和2#的致密層進(jìn)行了檢查并對(duì)比。使用10%的HF水溶液浸蝕，經(jīng)金相分析（在200倍下，使用截點(diǎn)法）知1#試樣致密層平均晶粒度為12.0級(jí)，平均截距5.0120 μm；內(nèi)部組織平均晶粒度為10.1級(jí)，平均截距9.5810 μm。致密層平均厚度為254 μm。經(jīng)同樣方法處理，觀察2#該部位，發(fā)現(xiàn)表面也形成了致密層，但是致密程度比1#要差，而且厚度更薄。

同樣采用截點(diǎn)法，測(cè)得該致密層平均晶粒度為11.1級(jí)，平均截距6.7344 μm；內(nèi)部平均晶粒度為10.1級(jí)，平均截距9.6724 μm，致密程度較低，該試樣致密層晶粒度僅與1#試樣致密層與內(nèi)部組織中間的過渡層晶粒大小比較接近。2#試樣致密層平均厚度為80.69 μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1#試樣的致密層。

1.2 疏 松

經(jīng)檢驗(yàn)知1#試樣情況良好，在整個(gè)截面上（直邊孔壁以及頂端圓頭）均未見疏松。而2#試樣在型芯頂端部位與直邊部位過渡段發(fā)現(xiàn)了一處貫穿致密層的疏松帶，如圖1、圖2所示。

1.3 拉 傷

經(jīng)檢驗(yàn)知1#試樣直壁部分情況良好，未見明顯拉傷。而2#試樣在直邊段約1/4處（從型芯頂端開始）發(fā)現(xiàn)了有致密層脫落，且剩余致密層向型芯脫離方向發(fā)生明顯變形，如圖2所示，變形段總長(zhǎng)約1 mm，從該處開始到型芯頂端圓頭部位致密層均出現(xiàn)了表層脫落。

2 分析與討論

從以上的檢驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，主要是由以下原因?qū)е铝嗽摪l(fā)動(dòng)機(jī)缸體的漏氣。

產(chǎn)品粘模導(dǎo)致表面出現(xiàn)拉傷、疏松以致出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。壓鑄金屬液填充的過程有三個(gè)階段，首先金屬液以接近內(nèi)澆口橫截面的形狀進(jìn)入型腔，先撞擊到對(duì)面的型壁，在該處沿著型壁向型腔四周擴(kuò)展后返回澆口，在金屬液流過的型壁上形成鑄件的外殼（薄殼層）。隨后進(jìn)入的金屬液沉積在薄殼層內(nèi)，并繼續(xù)充填，直至充滿。最后在型腔完全充滿的同時(shí)，壓力通過余料中心部分尚未凝固的金屬液的傳遞而作用在鑄件上。這三個(gè)階段對(duì)鑄件質(zhì)量所起的作用是不同的。第一階段是影響鑄件表面質(zhì)量，第二階段是影響鑄件的硬度，第三階段是影響鑄件的強(qiáng)度。在該位置的型芯，應(yīng)采用不同的材料或者脫模劑。對(duì)于該試樣來說，表面質(zhì)量將直接影響到氣密性。不過導(dǎo)致粘模的原因很多，也可能是進(jìn)入模具的金屬流的量相對(duì)過大、或者金屬流的溫度相對(duì)過高、或者金屬流以相對(duì)大的角度進(jìn)入模具型腔，另外型芯的材質(zhì)和脫模劑同樣重要。

因?yàn)樵谕瑯拥墓に嚄l件下，同時(shí)有部分產(chǎn)品合格和部分產(chǎn)品漏氣，所以可以排除澆鑄壓力、溫度等方面的影響。由于該樣品模具本身結(jié)構(gòu)的原因，該部位模具型腔與金屬流的相對(duì)角度并不大，同樣可以排除該原因。

另外，在前期的處理時(shí)就在模具表面形成了一層致密的氧化金屬膜，但是對(duì)于與模具面小的夾角沖擊而言，當(dāng)模具表面受到金屬流的直接沖擊時(shí)更加容易破壞這層氧化膜而導(dǎo)致了部分缸體出現(xiàn)粘模現(xiàn)象。不過通過顯微觀察，拉傷部位是出現(xiàn)在型芯接觸面，可以判斷與模具本身無關(guān)，應(yīng)該是型芯的原因?qū)е略摬课怀霈F(xiàn)了粘模現(xiàn)象。而型芯出現(xiàn)粘模后，導(dǎo)致型芯頂端圓頭位置成型的缸體表面致密層被拉脫，而使該部位致密層絕大部分脫離，只留下了少量致密層及過渡帶，而導(dǎo)致缸體該部位實(shí)際上致密層的缺失。這使得該部位大大提升了在較高的壓力環(huán)境下出現(xiàn)漏氣的概率。而該位置出現(xiàn)的貫穿致密層的疏松帶更使得其漏氣的概率由偶然提升至必然。

由于型芯段復(fù)雜的模具腔道，當(dāng)填充時(shí)會(huì)形成劇烈的湍流，從而對(duì)金屬流產(chǎn)生彌散作用，而當(dāng)模具溫度低于熱平衡條件所應(yīng)有的溫度時(shí)，會(huì)使得疏散效應(yīng)更為強(qiáng)烈，在這種情況下表層就更加容易出現(xiàn)疏松現(xiàn)象。

對(duì)壓鑄工藝來說，模具溫度直接關(guān)系到了金屬液的流動(dòng)狀態(tài)。模具溫度過低不但會(huì)使冷速過快，還容易導(dǎo)致壓鑄件表面出現(xiàn)各種缺陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)冷隔、欠鑄等缺陷。但也不能過高，因?yàn)檩^低的模具溫度能夠使鑄件表面快速凝固而使表面形成激冷層，達(dá)到組織細(xì)化的效果。當(dāng)然，太低了就會(huì)使得鑄件在凝固后期表面快速凝固時(shí)合金液不能補(bǔ)縮，同時(shí)表面的快速凝固也使得模具中的氣體（真空壓鑄也還是有不少氣體的，因?yàn)楝F(xiàn)有真空壓鑄技術(shù)能達(dá)到8 kPa就已經(jīng)算不錯(cuò)了，畢竟壓鑄的時(shí)間非常短暫，這么短的時(shí)間很難抽出高真空）也來不及逸出，這樣就會(huì)使得鑄件中形成少量細(xì)小氣孔。模具溫度同樣不能過高，過高則會(huì)導(dǎo)致激冷效果減小，同時(shí)增大鑄件與鑄型之間的粘著力，更加容易出現(xiàn)粘模現(xiàn)象，故而應(yīng)對(duì)模具預(yù)熱溫度再做優(yōu)化。

后來經(jīng)過更換型芯材質(zhì)，采用高強(qiáng)度高熔點(diǎn)的的特殊材料型芯，并略微對(duì)模具的預(yù)熱溫度進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化修正，并增加了部分冷卻管道后，同時(shí)優(yōu)化了了部分用于流導(dǎo)的排氣管路，進(jìn)一步提升了壓鑄工藝的真空度，之后該產(chǎn)品漏氣現(xiàn)象大大減少。

3 結(jié) 語

該試樣漏氣的原因主要是由于型芯出現(xiàn)了粘模現(xiàn)象而導(dǎo)致的表面拉傷、致密層缺失以及模具復(fù)雜腔段導(dǎo)致的疏散效應(yīng)而造成的表層疏松。

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