鋁合金重力鑄造中保溫和激冷涂料對縮松的影響

操基祥

(海軍安慶市職業(yè)技術(shù)學(xué)校，安徽安慶 246016)

鋁合金重力鑄造中保溫和激冷涂料對縮松的影響

操基祥

(海軍安慶市職業(yè)技術(shù)學(xué)校，安徽安慶 246016)

發(fā)動機鋁合金配件的氣密性要求較高，縮松縮孔及針孔都會導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。經(jīng)過分析及生產(chǎn)驗證，采用保溫和激冷相互補充相互配合的工藝方案，在部分產(chǎn)品的生產(chǎn)中具有一定的效果。

鋁合金；縮孔縮松；涂料

0　?前言

鋁合金有利于減輕發(fā)動機總質(zhì)量，提高發(fā)動機性能，因此轎車發(fā)動機的缸蓋大多采用鋁合金制備。發(fā)動機缸蓋和進氣歧管都具有壁厚不均、形狀復(fù)雜、技術(shù)要求高等特點。

鑄件上的針孔缺陷是由氣體和枝晶疏松共同作用形成，一般采用較低的鋁合金澆注溫度、細化晶粒和改進澆注系統(tǒng)等方法解決；鑄造工藝不合理是造成鑄件縮孔、縮松的主要原因；夾渣主要是砂芯的強度低產(chǎn)生脫落造成。在發(fā)動機缸蓋及進氣歧管中，往往由于鑄件中存在的氣孔、縮松、滲漏和尺寸超差等缺陷導(dǎo)致零部件報廢。

鋁合金缸蓋結(jié)構(gòu)和工藝都很復(fù)雜，如圖1所示，由于縮孔、縮松等缺陷原因產(chǎn)生廢品率的比例也很高。通過對鋁合金缸蓋的解剖觀察，產(chǎn)生的縮孔、縮松缺陷見圖2。

圖1　鋁合金氣缸蓋

圖2　縮孔、縮松缺陷

通過對生產(chǎn)鋁合金缸蓋的整個生產(chǎn)過程進行跟蹤記錄分析，找出產(chǎn)生縮孔、縮松的原因主要有以下幾個方面：①澆注溫度太高導(dǎo)致熱節(jié)部位產(chǎn)生縮孔、縮松；②金屬型溫度過高，導(dǎo)致凝固速度慢，特別是熱節(jié)部位和一些厚大截面，往往最后凝固而得不到補縮，很容易產(chǎn)生縮孔、縮松；③金屬型澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理也是導(dǎo)致縮孔、縮松的另一個重要的原因；④鋁合金缸蓋的缸蓋頭下方和缸蓋端面由于砂芯的散熱差，縮孔、縮松最為嚴(yán)重；⑤砂芯包裹部位凝固速度超慢，破壞了凝固順序，導(dǎo)致砂芯包裹部位的嚴(yán)重縮孔、縮松。

根據(jù)鋁合金缸蓋縮孔、縮松的產(chǎn)生原因，通常控制方法有：①降低澆注溫度，控制在730?℃左右，但是由于目前我國的生產(chǎn)條件，對于薄壁件、復(fù)雜件通常溫度難于控制，750～780?℃的澆注溫度是很常見的；②適當(dāng)降低金屬型溫度，在保證能夠澆足不形成冷隔的前提下，金屬型的溫度控制在280?℃左右；③設(shè)計合理的澆注系統(tǒng)，以減少鋁液在熱節(jié)部位的過熱；④在砂芯表面涂覆激冷涂料。

1　保溫及激冷涂料配合使用解決鋁合金鑄件疏松

目前，我國大多數(shù)鋁合金鑄造廠的生產(chǎn)條件和管理水平還達不到發(fā)達國家水平，尤其在一些中小型鑄造廠，常規(guī)的解決方法難于實現(xiàn)。比如澆注溫度的控制，由于歧管的壁厚薄，澆注溫度和金屬型溫度低時可能會無法成型，冷隔嚴(yán)重。因此，有些廠家的歧管澆注溫度高達780?℃，金屬型溫度高達350?℃以上。

單獨采用激冷涂料的措施，大多數(shù)情況下只會轉(zhuǎn)移縮松縮孔的位置，而不能解決縮松縮孔，只有在小凸臺等尺寸小部位，激冷涂料才能發(fā)揮作用。

為了解決縮松、縮孔缺陷，我們通過探討保溫和激冷涂料在生產(chǎn)中的結(jié)合使用，獲得了一定的效果。鋁合金的澆注溫度低，在澆道壁、鑄件薄壁處，為了防止由于型芯散熱快而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生澆不足等缺陷，同時為了提高鑄件的表面質(zhì)量，使用絕熱性能良好的涂料進行保溫。絕熱涂料的絕熱性是評定涂料絕熱性能的重要指標(biāo)。絕熱性能良好的涂料為生產(chǎn)薄壁、復(fù)雜鑄件提供有效的幫助［1］。絕熱涂料要求具備耐熱、絕熱好、化學(xué)穩(wěn)定、高溫不分解不產(chǎn)生氣體、附著力強及熱膨脹系數(shù)與鑄型相近的性質(zhì)［2，3］。涂料的絕熱性取決于涂料成分、涂層厚度、涂層孔隙度［4-5］，主要成分有氧化鋁、滑石粉、云母、硅藻土和氧化鈦等［6］。

在鑄件熱節(jié)處采用激冷型涂料加速厚節(jié)的冷卻速度，達到順序凝固的目的，使厚節(jié)處獲得補縮。激冷型涂料含有石墨粉、剛玉粉、鋯石粉、高溫合金粉等熱導(dǎo)率大、密度大或熱容量大的耐火材料。激冷涂料的熱導(dǎo)率大，德國產(chǎn)激冷涂料還含有吸熱反應(yīng)的成分，所以砂芯表面涂激冷涂料可以提高冷卻能力。金屬型鑄造和砂型鑄造中使用激冷涂料的機理是不同的［7］。

生產(chǎn)試驗表明，金屬型鑄造時，采用保溫涂料涂覆在熱節(jié)和澆道或冒口間的金屬型表面，可以有效保證熱節(jié)處的補縮，同時配合熱節(jié)處涂覆激冷涂料加快熱節(jié)的冷卻速度。保溫涂料和激冷涂料的綜合使用，能有效地解決厚節(jié)部位的縮松、縮孔問題。

2　實例分析

2.1鋁合金進氣歧管

鋁合金進氣歧管實物圖如圖3。密封性檢查時，?發(fā)現(xiàn)在鑄件加強筋處及中間進氣管內(nèi)側(cè)常出現(xiàn)滲漏，見圖3和圖4，使鑄件廢品率高達40%。橫腔小凸臺縮松導(dǎo)致螺紋孔無法加工。對鑄件本體試樣的切開觀察表明，?在滲漏部位的枝晶間存在許多晶間縮松。為了了解實際生產(chǎn)條件下鑄件的凝固特點，?采用多點數(shù)據(jù)采集儀對澆注后鑄件的動態(tài)溫度分布進行巡檢，?得到了不同工藝條件下的測試結(jié)果，?為缺陷分析和改進工藝提供了依據(jù)。

根據(jù)岐管的澆注工藝及砂芯特點分析，由于冒口在法蘭面，并且加強筋是包在兩個砂芯之間，砂芯組合圖見圖5。導(dǎo)致散熱差，變成最后凝固的部位，因此冒口的補縮對加強筋不起作用。

圖3　進氣歧管滲漏凸臺

圖4　鋁合金進氣企管

圖5　歧管砂芯

為了解決縮松導(dǎo)致的漏氣和小凸臺無法加工螺紋孔的問題，嘗試采用激冷涂料涂敷在小凸臺的金屬型和砂芯表面。激冷涂料可以改善滲漏部位的縮松，氣密性檢測時，加強筋附近沒有漏氣現(xiàn)象，但是原本沒有漏氣的熱節(jié)有滲漏發(fā)生，因此只能說縮松轉(zhuǎn)移到別的熱節(jié)處，見圖6所示。沒有真正解決問題。不過激冷涂料完全解決了小凸臺的縮松，可以加工螺紋孔了。

經(jīng)過進一步的分析認為，冒口與加強筋之間的部位凝固過早，導(dǎo)致冒口的補縮作用起不到作用。我們采用保溫涂料對該區(qū)域進行保溫，見圖4中的保溫區(qū)域，同時在加強筋的砂芯表面刷涂激冷涂料，使得加強筋先于其與冒口之間區(qū)域部位凝固，起到順序凝固的目的，達到冒口對該區(qū)域的補縮作用。

2.298#鋁合金氣缸蓋

98#缸蓋也是采用重力澆注工藝，其實物圖如圖7和圖8所示，結(jié)構(gòu)特點是鑄件上小下大。此缸蓋的不合格率高達55%，氣密性檢測發(fā)現(xiàn)彈簧座（見圖7中的區(qū)域C）嚴(yán)重漏氣。

這是由于彈簧座夾在氣道芯和油道芯兩個砂芯之間，位于最后凝固的區(qū)域B中，因此區(qū)域C變成了縮孔、氣孔最集中的地方，此區(qū)域又是氣密性要求高的位置，因此造成氣密檢驗漏氣導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。

圖6　轉(zhuǎn)移后的滲漏位置

圖7　98#缸蓋

圖8　98#缸蓋分析圖

為了滿足順序凝固，則必須保證區(qū)域A在區(qū)域B之后凝固，從而保證鑄件頂部的冒口對區(qū)域B和C的補縮作用。我們采用對區(qū)域A左右兩側(cè)進行保溫的方案，將外部金屬型對區(qū)域A左右兩側(cè)進行尺寸加大，采用砂芯進行尺寸補充，為了降低生產(chǎn)成本，區(qū)域A兩側(cè)的砂芯加工在上蓋芯下方，與上蓋芯連成一體。同時在水道芯和油道芯表面刷涂激冷涂料。從而解決了98#氣缸蓋的縮松縮孔問題。

3　結(jié)論

發(fā)動機鋁合金配件的氣密性要求較高，縮松縮孔及針孔都會導(dǎo)致產(chǎn)品報廢，有些產(chǎn)品常用的解決方法以及無法解決此問題。本文所采用的保溫和激冷相互補充相互配合使用的方案，在部分產(chǎn)品的生產(chǎn)中具有一定的效果。

[1] Bruce M, Warnes, Andrew L. The manufacture and fatigue cracking resistance of grit free aluminize diffusion coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2003, 30 (163～164): 100～105.

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[3] Petkof B. Diatomite. Minerals yearbook[M], U.S. Bureau of Mines, 1981: 301～302.

[4] 桂全紅.金屬型鑄造涂料在鋁合金鑄造中的應(yīng)用[J].鑄造2003,10(3): 15～16.

[5] 謝明師. 鑄造手冊(造型材料)[M].北京: 機械工業(yè)出版社,1992: 76～80.

[6] 李遠才.鑄造涂料及應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社,2007:125～126.

[7] 劉向東,譚昊,李遠才,等. 絕熱涂層熱物性測試方法的研究[J].中國鑄造裝備與技術(shù),1997(2):54-55.

Affect insulation and chilling paint in aluminum gravity casting on Shrinkage

CAO?JiXiang
（Anqing?Navy?Technical?School，Anqing?246016，?Anhui?，China）

The?aluminum?alloy?engine?accessories?should?have?high?air?tightness，??shrinkage?porosity?and?pinhole?can?lead?to?product?scrap，?and?some?products?commonly?used?solution?can’t?solve?this?problem.Insulation?and?chilling?used?in?this?paper?are?complementary?to?each?other?with?the?use?of?the?program，?has?a?certain?effect?on?the?production?of?some?products.

Aluminum?alloy；Shrinkage?paint

TG249.3;

A；

1006-9658（2015）04-0065-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.019

2015-02-28

稿件編號:1502W014

操基祥（1968—），男，講師，主要研究方向為鑄造工藝及合金熔煉.