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本文轉(zhuǎn)載自patrick_szzhang《鑄造基本知識（鋁,、鎂合金）》 金屬特性之鋁合金材料特性 鋁合金強(qiáng)度/質(zhì)量大,工藝性好,或用于壓力制造及鑄造,焊接,目前廣泛用于飛機(jī),、發(fā)動機(jī)各種結(jié)構(gòu)上。 1,、變形鋁合金: 1.1防銹鋁： A1-Mn及A1-Mg系合金(LF21,、LF2、LF3、LF6,、LF10)屬于防銹鋁,其特點是不能熱處理強(qiáng)化,只能用冷作硬化強(qiáng)化,強(qiáng)度低,、塑性高、壓力加工性良好,有良下的抗蝕性及焊接性,。特別適用于制造受輕負(fù)荷的深壓延零件,焊接零件和在腐蝕介質(zhì)中工作的零件,。 1.2硬鋁： LY系列合金元素要含量小的塑性好,強(qiáng)度低;如LY1,LY10,含金元素及Mg,Cn適中者,強(qiáng)度、塑性中高;如LY11;金中Cn,Mg含量高則強(qiáng)度高,可用于作承動構(gòu)件;如LY12,LY2,LY4; LC系列這超硬鋁,強(qiáng)度高,但靜疲勞性能差LY11,LY17為耐熱鋁,高溫強(qiáng)度不太多,但高溫時蠕度強(qiáng)度高,。 1.3鍛鋁： LD2具有高塑性及腐蝕穩(wěn)定性,易鍛造,但強(qiáng)度較低;LD5,LD6,LD10強(qiáng)度好,易于作高負(fù)載鍛件及模鍛件;LD7;LD8有較高耐熱性,用于高溫零件,具有高的機(jī)械性能和沖壓工藝性,。 2、鑄造鋁合金: 1).低強(qiáng)度合金：ZL-102 ; ZL-303 2).中強(qiáng)度合金：ZL-101 ; ZL-103 ; ZL-203 ;ZL-302 3).中強(qiáng)度耐熱合金：ZL-401 4).高強(qiáng)度合金：ZL-104 ;ZL-105 5).高強(qiáng)度耐熱合金：ZL-201 ;ZL-202 6).高強(qiáng)度耐蝕合金：ZL301 鎂合金鑄件的常見缺陷及分析 一 熔劑夾渣 缺陷特征： 1.表面熔劑夾渣：大塊的夾渣在出型時呈暗褐色,，外形一般不太規(guī)則,，小點的熔渣則難以發(fā)現(xiàn)，氧化處理前經(jīng)酸洗能溶解它. 2.鑄件內(nèi)部的熔劑夾渣在X光底片上一般呈白色的斑點,，在斷口上呈暗灰色 3.熔劑夾渣一般分布在鑄件澆注位置的下部內(nèi)澆口附近及死角處 4.經(jīng)加工后,，露于表面的熔劑夾渣放在空氣中1～4小時就可以見到褐色的斑點，停放一段時間,，便長出白毛,。 產(chǎn)生原因： 1.工藝操作方面，合金液澆注前沒有一定的靜置時間,，可提式坩堝或澆包出爐時不平穩(wěn),，澆注完后澆包或坩堝殘留量太少，澆包在坩堝內(nèi)舀取合金液時,，將熔渣攪入合金液內(nèi),。工具或坩堝洗滌不干凈. 2.熔劑和變質(zhì)劑的使用方面：熔劑或變質(zhì)劑的成份，配制及保管不符合要求洗滌劑使用次數(shù)太多而變稠 3.工具制造方面,，茶壺式澆包或可提式坩堝底部擋渣板焊接質(zhì)量不好,，有滲漏現(xiàn)象。 防止方法： 1.在坩堝內(nèi)舀取合金液時用澆包的底部輕輕撥開熔劑層,，然后用大口舀取,，前一次舀取金屬至下次舀取不少于4分鐘 2.精煉和變質(zhì)處理后至澆注前,，鎮(zhèn)靜時間不少于15分鐘,，并打凈熔渣,，澆注中禁止撒熔劑，一般可以撒硫磺與硼酸混合物滅火 3.熔劑坩堝的溫度不低于750~C,，并洗凈所用工具,。澆完后，底朝上,，漏凈所有的熔劑 4.澆注時坩堝吊出要平穩(wěn) 5.使用合格的熔劑,，并定期檢查 二 氧化夾渣 缺陷特征：1.位于鑄件表面層,，多以網(wǎng)狀分布在內(nèi)澆口I附近的鑄件表面內(nèi),。有時呈薄片帶有皺紋的不I規(guī)則云彩狀,，斷口常是黃色或褐色 2.沿鑄件壁厚呈片狀[的夾層或穿透整個壁厚；(也有分散的),，表面看去是一條金黃色或黃褐色流紋,。打斷口時，往往從夾層斷裂,，氧化皮夾在其中 3.以團(tuán)絮狀存在于鑄件內(nèi)部多而薄壁鑄件常露出表面,。斷口是暗灰色或黑色。有時常常有少量熔劑 產(chǎn)生原因：1.在合金熔煉過程中生成氧化物而造成的夾渣(也稱一次夾渣),。主要由于爐料不清潔,，熔劑質(zhì)量不好，以及熔煉過程不當(dāng)所造成 2.在澆注過程中合金氧化生成氧化物而造成的夾渣(也稱二次夾渣),。多由于澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理,，鑄型準(zhǔn)備以及澆注過程操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐?/p> 防止方法：1.一次夾渣可以通過純潔爐料，仔細(xì)精煉,，充分鎮(zhèn)靜,，往合金中加入少量鈹(0，001%～0.00296)等方法來排除 2.二次夾渣可通過下列方法防止,， ?、僬_地設(shè)計澆注系統(tǒng)：采用擴(kuò)張式澆注系統(tǒng)，盡可能采用底注式或垂直隙縫內(nèi)澆口,，或采用蛇形扁平直澆道,，安放過濾網(wǎng)，鋼絲棉等過濾渣子,。對大件采用在澆口杯內(nèi)安放與澆注合金成分相同,、厚度適當(dāng)?shù)亩缕?/p> ②正確地澆注合金,，使直澆口始終充滿金屬,，不要用小澆包來澆大件，澆注時在澆口杯和型腔表面撒一層干硫磺與硼酸的混合物防護(hù)劑 ?、壅_地控制好造型操作,，保持規(guī)定的型砂水分，并均勻地椿實鑄型,，砂芯要干透龜控制好停放及合箱 三 裂紋 缺陷特征：1.熱裂紋,，鑄件上有直的或曲折的分裂隙縫(穿通裂紋)和裂口(非穿通裂紋)，裂紋處的斷面被強(qiáng)烈氧化呈深灰色或黑色,，無金屬光澤,，并且沿結(jié)晶晶界邊緣裂開。多發(fā)生在鑄件尖角處的內(nèi)側(cè)厚薄斷面交接處及澆冒口與鑄件連接的熱節(jié)區(qū) 2.冷裂紋，外觀呈直線或不規(guī)則的曲線,，斷裂處的金屬表面潔凈,，具有金屬光澤裂紋處的金屬表面被氧化或被輕微氧化，裂紋不在結(jié)晶晶界上,，而是在晶體上 產(chǎn)生原因：1.鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理有尖角,，連接處厚薄截面過渡圓弧過小或壁厚相差過大等 2.鑄型或砂芯退讓性不好，披縫過大,，芯骨,、冷鐵設(shè)置不當(dāng)，阻礙收縮 3.合金中有促使形成裂紋的雜質(zhì)或添加物,，變質(zhì)不好,，或變質(zhì)失效，使晶粒粗大,，性質(zhì)變脆 4.澆注系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng),，內(nèi)澆口附近或大冒口的根部嚴(yán)重過熱 5.鑄件澆注后開糟出型過早，鑄件澆注溫度過高,，模溫過低 防止方法：1.改變零件設(shè)計結(jié)構(gòu),，消除尖角，將尖角改為圓角,，厚截面均勻地過渡到薄截面 2.盡可能使鑄件順序凝固或同時凝固,，減少內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生。如在鑄件上適當(dāng)放大工藝余量在鑄件厚大部分設(shè)置冒口或冷鐵對胃口根部產(chǎn)生裂紋的鑄件注入金屬時應(yīng)沿冒口壁注入或在冒口旁邊另開澆口 3.細(xì)化合金組織,，嚴(yán)格控制促使晶粒粗大的合金元素和雜質(zhì),，正確進(jìn)行變質(zhì)處理，和爐前斷口檢查,，組織粗大時應(yīng)重新進(jìn)行變質(zhì)處理外界阻力,，降低鑄型和砂芯的強(qiáng)度，增加退讓性,，降低鑄型的緊實度 4.減少鑄件收縮時的外界阻力,，降低鑄型和砂芯的強(qiáng)度，增加退讓性,，降低鑄型的緊實度 5.降低澆注溫度,，提高模溫 四 冷隔欠鑄 缺陷特征：鑄件的金屬流被氧化皮隔開，不完全熔融為一體,，就形成冷隔,，嚴(yán)重的就成為欠鑄。冷隔常常出現(xiàn)在鑄件的頂壁上,，薄的水平面和垂直面上厚薄轉(zhuǎn)接處或在薄筋上 產(chǎn)生原因：1.合金液溫度低,，澆注時流動性差,，匯合液流前有氧化皮，澆注中斷或澆注速度太低 2.鑄件澆注位置不正確或澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理 3.鑄型排氣不良,，合金液流受氣體的阻隔不能融合 4.澆注時發(fā)生漏箱 防止方法：1.合理選擇鑄件澆注位置,，正確的開設(shè)澆注系統(tǒng) 2.適當(dāng)提高澆注溫度和金屬型的模溫，澆注時不可中斷 3.增強(qiáng)鑄型的排氣能力,，在不垮箱的前提下,，砂型緊實度愈松愈好 4.提高澆口的壓力頭,，如增大澆口杯的容量和增加澆口杯的高度及直澆道的高度,。 5.增加鑄件壁厚 6.在鑄型表面熏乙炔煙以提高充 五 縮松 缺陷特征：因金屬液收縮而產(chǎn)生細(xì)而分散的孔洞叫縮松，其特征是： 1.鑄件表面呈蟲蝕狀的條狀花紋,。鑄件表面粗糙,，呈結(jié)晶粗大的暗孔，有時伴隨有裂紋 2.斷口檢查：一般呈淡黃色.灰色或黑色,，顏色愈深疏松愈嚴(yán)重 3.X光檢查呈云霧狀蝗條狀,，熒光檢查呈密集發(fā)亮的小點狀 4.縮松缺陷常產(chǎn)生在鑄件的內(nèi)澆道附近冒口根部飛厚大部位飛壁的厚薄轉(zhuǎn)接處和具有大平面的薄壁處等 產(chǎn)生原因：1.結(jié)晶溫度間隔大，如ZM—5合金為179℃左右,，所以存在明顯的樹枝狀結(jié)晶 2.比重輕,，冒口補縮作用差3.比熱和潛熱小，凝固快不易達(dá)到順序凝固 4.不同類型的縮松產(chǎn)生原因分析 ?、儆捎谘a縮不良而引：起的縮松,，這類缺陷往往出現(xiàn)在鑄件厚截面的，中心部位,，嚴(yán)重者穿透壁厚,，熱處理后斷口是，灰黑色.黃色 ?、谟捎阼T件局部過熱和燃燒引起的縮松,，此類缺陷一般由鑄件的外表開始夕再深入鑄件的內(nèi)部,以外表面為嚴(yán)重，愈往內(nèi)愈輕,，斷口呈黑色或部分帶有深黃色 ?、塾捎阼T型通氣不良起的縮松，其表面有似蟲蝕狀的斑疤,。斷口外表往往有氧化皮 ?、苡捎阼T件或者鑄型結(jié)構(gòu)復(fù)雜而使鑄件在凝固時受到阻礙，加上合金結(jié)晶組織粗大而引起縮松 防止方法：1.由于補縮不良而引起的縮松排除方法 ?、偌訌?qiáng)胃口的補縮作用,，將胃口根部的圓角加大，并且可將明冒口和暗冒口連通 ?、谠诳s松處放冒口或冷鐵或冒口與冷鐵聯(lián)用③開設(shè)冷卻筋或冷卻孔,，冷卻筋寬約為2.5～3毫米,，高為3～5毫米，冷卻孔為令2～4毫米,，數(shù)量3～5根為一組 2.由于鑄型局部過熱和燃燒引起的縮松排除方法,， ①將內(nèi)澆道均勻分布在鑄型上 ?、趯?nèi)澆道厚度減小,，寬度加大 ③在內(nèi)澆道對面放冷鐵 ?、芙档秃辖鹨簼沧囟?/p> ?、萦猛苛险{(diào)整溫差 ⑥在易燃燒的芯子上噴一層防護(hù)溶液 3.由于鑄型通氣不引起的縮松排除方法,， ①熔化爐料應(yīng)清潔干燥 ?、谏靶竞婵靖桑砻嬗捕群线m ?、凵靶退植淮笥?.5%,，排氣暢通 4. 改進(jìn)鑄件設(shè)計，消除熱節(jié)部位 鑄件本身的屬性直接影響加工的品質(zhì),，其中硬度值是決定鑄件加工的一項重要指標(biāo),。 熔模鑄造的工藝介紹： 根據(jù)圖紙或樣品做產(chǎn)品三維造型,，并用此三維圖制作鋁制或鋼制的模具,。 將液態(tài)蠟和固態(tài)蠟混合攪拌成糊狀蠟膏，用注蠟槍將蠟膏注入金屬模中,，冷卻后取出蠟?zāi),！?/p> 加熱不銹鋼焊刀，將蠟?zāi)０垂に囋O(shè)計的要求焊接在澆口棒上,。 將蠟件組浸入含有水玻璃等涂料的缸中,，涂上涂料,。 對涂上涂料的蠟件組淋石英砂，再浸入含氯化銨和氯化鎂等材料的硬化槽中硬化后進(jìn)行干燥,，然后進(jìn)行下一層的操作,，此過程重復(fù)6次左右后完畢。 將表面涂料硬化后的蠟件組放置在失蠟槽中,，用蒸氣加熱使蠟溶解脫落,，剩下砂型模殼。 將模殼放置焙燒爐中焙燒以增加其強(qiáng)度,。 將原材料裝入中頻電爐中熔化,，加入金屬無素進(jìn)行材料的配方，鋼水溫度升至1600度左右,，爐前化學(xué)分析合格后將溶化的鋼液通過澆包倒入模殼中,，讓鋼液充滿型腔然后冷卻,，并取樣做爐后終檢,。 將鑄件表面的砂用震動的方法去除。 用氧氣-乙炔焰從澆棒上切下鑄件,。 用砂輪機(jī)磨除澆冒口,；用磨光機(jī)打磨不良表面。 鑄件按材質(zhì)的要求進(jìn)行正火,、退火,、淬火回火、感應(yīng)淬火,、滲碳,、氮化等熱處理。 按圖紙要求用CNC進(jìn)行金加工 用拉力機(jī),、沖擊試驗機(jī),、硬度機(jī)等檢測設(shè)備對試棒進(jìn)行機(jī)械性能的檢測；用X光,、超聲波,、磁粉探傷等檢測設(shè)備對樣件進(jìn)行無損檢測；用三座標(biāo)和量具及卡規(guī)等檢具對產(chǎn)品進(jìn)行尺寸終檢,。 鋁合金鑄造工藝簡介 一,、鑄造概論 在鑄造合金中，鑄造鋁合金的應(yīng)用最為廣泛,，是其他合金所無法比擬的,，鋁合金鑄造的種類如下 由于鋁合金各組元不同，從而表現(xiàn)出合金的物理,、化學(xué)性能均有所不同,。結(jié)晶過程也不盡相同,。故針對鋁合金特性，合理選擇鑄造方法,，才能防止或在許可范圍內(nèi)減少鑄造缺陷的產(chǎn)生,，從而優(yōu)化鑄件。 1,、 鋁合金鑄造工藝性能 鋁合金鑄造工藝心梗,，通常理解為在充滿鑄型、結(jié)晶或冷卻過程中表現(xiàn)最為突出的那些性能的綜合,。流動性,、收縮性、氣密性,、鑄造應(yīng)力,、吸氣性。鋁合金這些特性取決于合金的成分,，但也與鑄造因素,，合金加熱溫度、鑄型的復(fù)雜程度,，澆冒口系統(tǒng),、澆口形狀等有關(guān)。 鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度,，氣密性實際上表征了鑄件內(nèi)部組織致密與純凈的程度 鑄鋁合金的氣密性與合金的性質(zhì)有關(guān),，合金凝固范圍越小，產(chǎn)生縮松傾向越小,，同時產(chǎn)生析出性氣孔越小,，則合金的氣密性就越高。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞,，還與鑄造工藝有關(guān),，如降低鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結(jié)晶,，均可使鋁鑄件的氣密性提高,。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。 預(yù)防氣孔產(chǎn)生的措施： 修改不合理的澆冒口系統(tǒng),，是液流平穩(wěn),，避免氣體卷入。 模具與型芯應(yīng)預(yù)先預(yù)熱,，后上涂料,，結(jié)束后必須要烘透方可使用 設(shè)計模具與型芯應(yīng)考慮足夠的排氣措施 預(yù)防產(chǎn)生針孔的措施： 嚴(yán)禁使用被污染的鑄造鋁合金材料，年由有機(jī)化合物和被嚴(yán)重氧化腐蝕的材料,。 控制熔煉工藝,，加強(qiáng)除氣精煉,。 控制金屬型涂料厚度，過厚易產(chǎn)生針孔 模具為呢度不宜太高,，對鑄件厚壁部位采用激冷措施,，如鑲銅塊或澆水等 預(yù)防產(chǎn)生縮松的措施 合理冒口的設(shè)置，保證其凝固 且有補縮力 適當(dāng)條地金屬型模具工作溫度 控制涂層厚度,， 厚壁出減薄 調(diào)整金屬型各部位冷卻速度,，使鑄件厚壁處有較大的激冷能力 適當(dāng)降低金屬澆注溫度 預(yù)防產(chǎn)生熱裂的措施 實際澆注系統(tǒng)時應(yīng)避免局部過熱，減少內(nèi)應(yīng)力 模具及型芯褻瀆必須保證在2?以上,，澆冒口一經(jīng)凝固即可抽芯開模,，必要時可用砂芯代替金屬型芯 控制涂料厚度 使鑄件各部分冷卻速度一致 根據(jù)鑄件厚薄情況選擇適當(dāng)?shù)哪?/p> 細(xì)化合金組織，提高熱裂能力 改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu) 消除尖角及壁厚突變,，減少熱裂傾向 預(yù)防氧氣夾渣的措施 嚴(yán)格控制熔煉工藝,，快速熔煉，減少氧化,，除渣徹底,。AL-Mg合金必須在覆蓋劑下熔煉 熔爐 工具要情節(jié) 不得有氧化物 并應(yīng)預(yù)熱 涂料涂后應(yīng)烘干使用 設(shè)計的澆注系統(tǒng)必須有穩(wěn)流 緩沖 撇渣能力 采用傾斜澆注系統(tǒng) 是液流穩(wěn)定 不產(chǎn)生二次氧化 選用的涂料粘附力要強(qiáng)，澆注過程中不產(chǎn)生剝落而進(jìn)入鑄件中形成夾渣 三,、金屬型鑄造 1,、 簡介及工藝流程 金屬型鑄造又稱為硬模鑄造或者永久型鑄造，是將熔煉好的鋁合金澆入金屬型中獲得鑄件的方法,，鋁合金金屬型鑄造大多采用金屬型芯，也可采用砂芯或殼芯等方法,，與壓力鑄造相比,，鋁合金金屬型使用壽命長。 2,、 鑄造優(yōu)點 優(yōu)點 金屬型冷卻速度較快,，鑄件組織較致密，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,，力學(xué)性能比砂型鑄造高15%左右 鑄件質(zhì)量穩(wěn)定 表明粗糙度優(yōu)于砂型鑄造 廢品率低 勞動條件好 生產(chǎn)率高 工人容易掌握 缺點 金屬型導(dǎo)熱系數(shù)大 充型能力差 金屬型本身無透氣性 必須采取相應(yīng)措施才能有效排氣 金屬型無退讓性 易在凝固時產(chǎn)生裂紋和變形 （6）吸氣性 鋁合金易吸收氣體,，是鑄造鋁合金的主要特性。也太鋁及鋁合金的組分與爐料,、有機(jī)物燃燒產(chǎn)物及鑄型等所含水分產(chǎn)生反應(yīng)而產(chǎn)生的氫氣被鋁液體吸收所致,。 鋁合金溶液溫度越高，吸收的氫越多,，在700?時,，每100g鋁中氫的溶解度為 0.5~0.9，溫度升高到850?時 氫的溶解度增加2~.倍,。當(dāng)含堿金屬雜質(zhì)時,，氫在鋁液中的溶解度顯著提高 鑄鋁合金除熔煉時吸氣外,，在澆入鑄型時也會產(chǎn)生吸氣，進(jìn)入鑄型內(nèi)的也太金屬隨溫度下降,，氣體的溶解度下降,，析出多余的氣體，有一部分逸不出的氣體留在鑄件內(nèi)形成氣孔,，這將是通常稱的“針孔”,。氣體有時會于縮孔結(jié)合在一起，鋁液中析出的氣體留在縮孔內(nèi),。若氣泡受熱產(chǎn)生的壓力和大,，則器可能共表面光滑，孔的周圍有一圈光亮層,；若氣泡產(chǎn)生的壓力小,，則孔內(nèi)表面多皺紋，看上去如“蒼蠅腳”,，自行觀察又具有縮孔的特征,。 鋁合金鑄件相關(guān)知識 鑄造鋁合金由于其密度小，比強(qiáng)度高,，具有良好的綜合性能,，因此被廣泛用于航空航天、汽車制造,、動力儀表,、工具及民用器具等制造業(yè)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的推進(jìn),，其生產(chǎn)量和消耗民量大幅增長,。但是，鑄造鋁合金的針孔缺陷較突出,，本文結(jié)合筆者在鋁合金鑄件生產(chǎn)實踐中積累的經(jīng)驗,，談?wù)勪X合金鑄件針孔缺陷的產(chǎn)生和預(yù)防。 一,、鑄造鋁合金針孔的產(chǎn)生 針孔是鋁合金在凝固過程中,，溶解在鋁熔液中的氣體(99％H2)逸出后又沒有完全浮到鋁液表面造成的。 鋁合金在熔煉和澆注時,，會吸入大量的氫氣,，冷卻時則因溶解度的下降而不斷析出。鋁合金中溶解的氫,，其溶解度隨合金液溫度的升高而增大,，隨溫度的下降而減少，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)時，氫在鋁合金中的溶解度下降19倍,。因此鋁合金液在冷卻凝固過程中,，當(dāng)氫的含量超過了其溶解度時即以氣泡的形式析出。因過飽和的氫析出而形成的氫氣泡,，若來不及上浮排出,，就會在凝固過程中形成細(xì)小、分散的氣孔,，即通常所說的針孔,。在氫氣泡形成前達(dá)到的過飽和度是氫氣泡形核數(shù)目的函數(shù)，而氧化物和其他夾雜物則起氣泡核心的作用,。 在一般生產(chǎn)條件下,，特別是在厚大的砂型鑄件中很難避免針孔的產(chǎn)生。在相對濕度大的氣氛中熔煉和澆注鋁合金,，鑄件中的針孔尤其嚴(yán)重,。這就是干燥的季節(jié)要比多雨潮濕的時節(jié)產(chǎn)生的鋁合金鑄件針孔缺陷少些的原因。 對鋁合金而言,，如果結(jié)晶溫度范圍較大,，則產(chǎn)生網(wǎng)狀針孔。這是因為在一般鑄造生產(chǎn)條件下,，鑄件具有寬的凝固溫度范圍,，使鋁合金容易形成發(fā)達(dá)的樹枝狀結(jié)晶。在凝固后期,，樹枝狀結(jié)晶間隙部分的殘留鋁液可能相互隔絕,，分別存在于近似封閉的小空間中，由于它們受到外界大氣壓力和合金液體的靜壓作用較小,，當(dāng)殘留鋁液進(jìn)一步冷卻收縮時能形成一定程度的真空,，從而使合金中過飽和的氫氣析出并形成針孔。 二,、鑄造鋁合金針孔度的評定 鑄造鋁合金機(jī)械加工表面1cm2范圍內(nèi)孔洞的數(shù)量和尺寸稱為針孔度。針孔對鋁合金性能的影響主要表現(xiàn)在會使鑄件組織致密度降低,，力學(xué)性能下降,。為此，在鋁合金鑄件生產(chǎn)實踐中,，力口強(qiáng)氣孔等級對力學(xué)性能影響的研究,，通過控制針孔等級來保證鋁合金鑄件品質(zhì)是非常重要的。針孔等級評定,，低倍檢驗按GB 10851—1989進(jìn)行,；X射線檢測按GBll346—1989鋁合金鑄件針孔分級標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。根據(jù)《鋁合金鑄件針孔度日測評定法》，針孔度分為5級,，參考圖像如附表中所示,。 三、鑄造鋁合金針孔缺陷的防止 1.形成針孔的氫氣采源與析出 鋁合金中氣孔的產(chǎn)生,，是由于鋁合金吸氣而形成的,，但分子狀態(tài)的氣體一般不能溶解于合金液中，只有當(dāng)氣體分子分解為活性原子時,，才有可能溶解,。合金液中氣體能溶解的數(shù)量多少，不僅與分子是否容易分解為活性原子有關(guān),，還直接與氣體原子類別有關(guān),。在鋁合金熔煉過程中，通常接觸的爐氣有H2,、02,、H20、C02及S02等,，這些氣體主要是由燃料燃燒后產(chǎn)生的,，而耐火材料、金屬爐料,、熔劑以及與氣體接觸的工具等均會帶入一定量的氣體,。另外，新砌的爐襯,、爐子的耐火材料,、坩堝等，通常需要使用幾天或幾周的時間,，其化學(xué)結(jié)合的氫才能充分從粘結(jié)劑中釋放出來,。一般而言，爐氣成分是由燃料種類及空氣量來決定的,。例如,，普通焦炭坩堝爐，爐氣成分主要為C02,、S02和N2,；煤氣、重油坩堝爐主要為H20,、N2,；而對目前大多數(shù)熔煉廠家使用的電爐熔煉來說，爐氣成分主要是H2,。因此,，采用不同的熔煉爐生產(chǎn)時,，鋁合金的吸氣量和產(chǎn)生氣孔的程度是不同的。 鋁合金生產(chǎn)實踐證明,，氫能大量溶解于鋁或鋁合金中,，是導(dǎo)致鋁合金形成氣孔的主要原因，是鋁合金中最有害的氣體,，也是鋁合金中溶解度最大的氣體,。在鑄件凝固過程中，由于氫的析出而產(chǎn)生的孔隙,，不僅減少了鑄件的實際截面積,，而且是裂紋源。惰性氣體不能溶于鋁或鋁合金,，其他氣體一般與鋁或鋁合金反應(yīng)形成鋁的化合物,，如A1203、A1C13,、A1N及A14C3等,。 在鋁合金熔煉時，周圍空氣中的氫氣含量并不多,，氫的來源通常是鋁與水蒸汽的反應(yīng),，而水蒸汽主要來源于爐氣中的水分，設(shè)備及工具吸附的水分,，一些材料的結(jié)晶水,，以及鋁銹Al(0H)2分解出來的水分等。 因此針孔的解決,，應(yīng)從防止鋁合金熔液吸氣和加強(qiáng)鋁熔液除氣來入手,。 2．預(yù)防鋁合金鑄件針孔形成的主要措施 由以上分析可知，鋁熔液很容易吸收氫氣,，極少量的水蒸汽就可以輕易毀掉整爐的鋁液,，因此首先要防吸氣。鋁合金鑄件容易產(chǎn)生針孔缺陷,，這既與鋁合金本身特性有關(guān)系,，也與一系列的外界因素有關(guān)。為避免或減少鋁合金在熔煉時產(chǎn)生針孔,，保證鋁合金鑄件具有優(yōu)良品質(zhì),，可針對性地采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。 (1)明確“精料,、精工”原則，對爐料和熔煉設(shè)備和工具進(jìn)行預(yù)處理,。爐料使用前應(yīng)先用吹砂或其他方法去除表面的銹跡,、泥沙等污物，并進(jìn)行爐料預(yù)熱，預(yù)熱溫度為350-450℃,，并保持3h以上,，嚴(yán)防帶入水分和油污等。 坩堝,、錠模和熔煉工具,，使用前應(yīng)將表面油污、臟物等清除干凈,，并預(yù)熱至120—250℃,，涂刷防護(hù)涂料。 新坩堝,、新砌爐子及有銹蝕的舊坩堝,，使用前應(yīng)用吹砂或其他方法將表面清除干凈，并進(jìn)行烘爐處理,，一般應(yīng)加熱至700-800℃,，并保溫2-4h，以去除坩堝所吸附的水分及其他化學(xué)物質(zhì),。熔煉工具應(yīng)預(yù)熱至200-400℃,，保持2h以上。 (2)鋁合金在熔煉時,，要力求做到快速熔煉,，縮短高溫下停留時間。A1—Mg合金和其他鋁合金熔化后保持時間過長時,，需要用熔劑覆蓋鋁合金液面,，以防止吸氣，一旦在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常,，要及時與現(xiàn)場技術(shù)人員取得聯(lián)系,，采取果斷措施予以處理。每一爐合金從開始熔化到澆注完畢的時間,，砂型鑄造不得超過4h,，金屬型鑄造不得超過6h，壓鑄不得超過8h,，合金最高溫度一般不超過760t,，坩堝底部涂料厚度需≥60mm。 (3)加強(qiáng)在潮濕季節(jié)熔煉的預(yù)防措施,。在雨季或空氣潮濕季節(jié)鑄造鋁合金,，更應(yīng)注意采取去氣防護(hù)措施，對熔煉用具,、錠模,、坩堝和爐料等都要嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行預(yù)熱處理,，以防帶人過多的水分和油污而引起各類針孔的產(chǎn)生。 (4)采取必要的精煉工藝,，去除鋁合金中的氣體,。一般情況下，所謂“去氣”就是去除合金中的氣體,，“精煉”是指去除合金中的夾雜物,。因鋁合金熔煉時，除氣和精煉兩個工序多合在一起進(jìn)行,，故在生產(chǎn)實踐中習(xí)慣將這兩個工序稱為精煉,。由于鋁合金中的氣體主要是氫氣，去氣也就是去除氫氣,。目前去氣的主要方法是通過在鋁合金中加入精煉除氣劑來制造大量的氣體(氣泡中的氣體可能是鋁液內(nèi)部經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的,，也可能性是由部分精煉除氣劑直接帶入的)，利用分壓原理,，讓溶解于鋁液中的氫原子向氣泡擴(kuò)散(此時氣泡的分壓為零),，由于氣泡密度輕，當(dāng)氣泡上浮到鋁液表面時,，氣泡破裂,，氫氣逸入大氣中，最終達(dá)到去除氫氣的目的,。 目前,，為了消除鋁合金鑄件針孔，最常用的辦法是在熔化過程中加入氯鹽和氯化物除氣,。采用氯鹽和氯化物除氣劑除氣時,，要用鐘罩將除氣劑壓入距坩堝底部100mm處，沿坩堝直徑1／3(距坩堝內(nèi)壁)的圓周勻速移動,。為防止鋁液大量噴濺,，除氣劑可分批加入，除氣結(jié)束除渣,，并按規(guī)定的時間進(jìn)行靜置,。 (5)采用鑄造工藝方法進(jìn)行除氣。通常情況下,，砂型鑄造也可以采用靜置,、多扎出氣孔和加大冒口等方法進(jìn)行去氣。在設(shè)計金屬型時就必須有排氣預(yù)防措施：①利用分型面或型腔零件組合面的間隙進(jìn)行排氣,。②開排氣槽,。即在分型面或型腔零件的組合面上，以及芯座與頂桿表面上做排氣槽,，這樣既能排氣,，又能蓄氣,。③設(shè)排氣孔。排氣孔一般開設(shè)在金屬型的最高處,，或金屬型內(nèi)可能產(chǎn)生“氣阻”的地方。④設(shè)置排氣塞,。排氣塞是金屬型常用的排氣設(shè)施,。在一平面上需要設(shè)置數(shù)個排氣塞時，可用一個排氣環(huán)來代替,，將它設(shè)計在型腔的“氣阻”處,，或型腔的大平面上，以便排氣暢通,。 四,、結(jié)語 以上分析了鋁合金鑄件氣孔形成的主要因素，并有針對性地論述了一系列相應(yīng)的預(yù)防措施,，目的就是要防止在鑄件中生成氣孔,，獲得優(yōu)良品質(zhì)的鑄件。從鑄造工藝角度綜合分析,，預(yù)防氣孔的生成和消除氣孔可以用“防”,、“排”、“溶”三字工藝原則來概括,。 “防”：就是要防止水分及各種污物進(jìn)入坩堝或熔煉爐中,。 “排”：就是要排除鋁液中的氧化夾雜和氫氣。 “溶”：就是要使鋁液中的氫在凝固時能部分或全部固溶在合金組織中,，避免在鑄件中形成氣孔,。 因此，在鋁合金熔煉安排和選擇“防”,、“排”,、“溶”三方面的工藝措施時，必須遵循“以防為主,，以排為輔”的工藝 原則,，但著眼點應(yīng)仍放在“防”字上。 鋁合金鑄造工藝與鑄錠質(zhì)量的關(guān)系 鑄造工藝參數(shù)主要有鑄造溫度,、鑄造速度,、冷卻強(qiáng)度，其次是液位高度,、鑄造開始與結(jié)束條件等,。 鎂合金成形技術(shù)簡介與分析 近年來對輕質(zhì)材料的需求越來越大,，鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料由于具有比重小、比強(qiáng)度和比剛度高,、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好,、切削加工性好、優(yōu)良的阻尼性和電磁屏蔽性,、易于加工成形和回收等優(yōu)點,，因此廣泛應(yīng)用于汽車、電子,、通訊等行業(yè),，被譽為"21世紀(jì)的綠色工程材料”。 根據(jù)成形工藝的不同,，鎂合金材料主要分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩大類,。前者主要通過鑄造獲得鎂合金產(chǎn)品。包括砂型鑄造,、永久型鑄造,、熔模鑄造、消失模鑄造,、壓鑄等,。其中壓鑄是最成熟,、應(yīng)用最廣的技術(shù)。而后者則是通過變形生產(chǎn)尺寸多樣的板,、棒,、管、型材及鍛件產(chǎn)品,。并且可以通過材料組織的控制和熱處理工藝的應(yīng)用,，獲得更高的強(qiáng)度、更好的延展性,、更好的力學(xué)性能,，從而滿足更多結(jié)構(gòu)件的需要。另外,，鎂合金的半固態(tài)成形作為一種新型鑄造技術(shù)也得到了廣泛的研究與應(yīng)用,。 1 鑄造鎂合金 鑄造是鎂合金的主要成形方法，包括砂型鑄造,、金屬型鑄造,、熔模鑄造、消失模鑄造和壓鑄等在內(nèi)的多種鑄造方法均可用于鎂合金成形,。目前,，90％以上的鎂合金產(chǎn)品是壓鑄成形的。 1．1 壓鑄 壓鑄是鎂合金最主要,、應(yīng)用最廣泛的成形工藝,。鎂合金有優(yōu)良的壓鑄工藝性能：鎂合金液粘度低，流動性好,，易于充滿復(fù)雜型腔,。用鎂合金可以很容易地生產(chǎn)壁厚1．0mm～2.0 mm的壓鑄件，現(xiàn)在最小壁厚可達(dá)0.6mm,。鎂壓鑄件的鑄造斜度為1．5,，而鋁合金是2～3度。鎂壓鑄件的尺寸精度比鋁壓鑄件高50％,。鎂合金的熔點和結(jié)晶潛熱都低于鋁合金,，壓鑄過程中對模具沖蝕比鋁合金小，且不易粘型,，其模具壽命可比鋁合金件長2—4倍,。鎂合金件壓鑄周期比鋁件短，因而生產(chǎn)效率可比鋁合金提高25％,。鎂合金鑄件的加工性能優(yōu)于鋁合金鑄件,，鎂合金件的切削速度可比鋁合金件提高50％，加工耗能比鋁合金件低50％。生產(chǎn)經(jīng)驗表明由于生產(chǎn)效率高,，熱室壓鑄的鎂合金小件的總成本低于冷室壓鑄的鋁合金同樣件,。 壓鑄鎂合金可按其成分分為四個系列：AZ(Mg —AL—Zn)系列(AZ91)、AM(Mg—AL—Mn)系列(AM60,、AM50),、AS(Mg-A1-Si系列(AS41、AS21),、AE(Mg-AL-RE)系列(AEA2),。 AZ系列合金AZ91具有良好的鑄造性能和最高的屈服強(qiáng)度，其壓鑄件廣泛應(yīng)用于汽車座椅,、變速箱外殼等多種形式部件,。AM系列合金AM50、AM60具有較高的延伸率和韌性,，用于抗沖擊載荷,、安全性高的場合如車輪、車門等,。AS系列的鎂合金AS41、AS21和AE系列的AFA2是20世紀(jì)70年代開發(fā)的耐熱壓鑄鎂合金,。 鎂合金壓鑄中廣泛采用冷,、熱室壓鑄方法。一般薄壁鑄件采用熱室壓鑄機(jī),，厚壁鑄件采用冷室壓鑄機(jī),。鎂合金熱室壓鑄機(jī)是目前國外使用數(shù)量最多的鎂合金壓鑄專用設(shè)備，具有生產(chǎn)效率高,，澆注溫度低,，注型壽命長，易實現(xiàn)熔體保護(hù)等特點,。主要缺點是設(shè)備成本和維修費用較高,。 鎂合金壓鑄時，合金液沖填壓型時的高速湍流運動,，使腔內(nèi)氣體無法排出,，會導(dǎo)致組織疏松，甚至鑄件表面鼓包或變形,。壓鑄工藝參數(shù)如壓力,、速度、熔體溫度,、模具溫度等對鑄件性能都有顯著影響,。許多新壓鑄方法，包括真空壓鑄、充氧壓鑄和擠壓鑄造等一定程度上克服了以上缺點,，減少了鑄件組織疏松和氣孔等缺陷,，提高了鑄件致密度。美國俄亥俄州精密成型公司C．Rozak介紹了鎂合金的金屬壓縮成型技術(shù)(MCF)在整個鑄件表面加壓的成型方法,，在壓力下凝固,，改善了微觀組織，減少了晶粒尺寸和孔隙率,，鑄件致密均勻,，可用于生產(chǎn)性能要求高、形狀復(fù)雜的鑄件,。 1．2 熔模鑄造 熔模鑄造是目前國際上較為先進(jìn)的鑄造技術(shù)之一,。熔模鑄造從原理上講適合于制備小體積高精密的鑄件。目前它已用于生產(chǎn)鋁合金甚至鎳基超合金,。在鎂合金鑄件的發(fā)展歷程中,，有些工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一些部位壁厚非常薄,，并且對表面粗糙度和尺寸公差要求嚴(yán)格,，則可以采用熔模鑄造來生產(chǎn)。 采用熔模鑄造法生產(chǎn)鑄件時具有不需取模,、無型芯和無分型面等特點,，因而其鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近于熔模精鑄件。此外,，熔模鑄造為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分的自由度,，原來多個零件組裝的構(gòu)件，可以通過分片制型后粘合成一體實現(xiàn)整體澆注,，因此可以經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)許多復(fù)雜零件,。但是，熔模鑄造的設(shè)備投入和單位鑄造成本高,，工件尺寸有限,。此外，鎂與熔模鑄型材料和粘結(jié)材料用氧化物陶瓷之間存在高活性反應(yīng),，從而大大地限制了其應(yīng)用,。生產(chǎn)鎂合金薄壁件時需要預(yù)熱鑄型以便填充薄壁部位，然而預(yù)熱溫度和澆注溫度過高將促進(jìn)鎂合金與鑄型間的反應(yīng),。有研究表明采用低的鑄型預(yù)熱溫度時,，ZrO2是一種很有前景的鑄型材料。 1．3 消失模鑄造 消失模鑄造是一種近無余量,、精確成型的新型鑄造技術(shù),，它具有許多的優(yōu)點,，如，型砂不需要粘結(jié)劑,、鑄件落砂及砂處理系統(tǒng)十分簡便,，容易實現(xiàn)清潔生產(chǎn)；鑄件沒有分型面及起模斜度,，可使鑄件的結(jié)構(gòu)高,；加工裝配時間減少，鑄件成本可下降10％—30％等等,。 初步試驗研究表明,，鎂合金的特點非常適合消失模鑄造工藝，因為鎂合金的消失模鑄造除具有以上特點外,，還具有如下獨特的優(yōu)點：①鎂合金在澆注溫度下,，泡沫模樣的分解產(chǎn)物主要為烴類、苯類和苯乙烯等氣霧物質(zhì),，它們對沖型成型時極易氧化的液態(tài)鎂合金具有自然的保護(hù)作用,；②采用干砂負(fù)壓造型避免了鎂合金液與型砂中水分的接觸和由此而引起的鑄件缺陷；③與目前普遍采用的鎂合金壓鑄工藝相比較,，其投資成本大為降低,，干砂良好地退讓性減輕了鎂合金凝固收縮時的熱裂傾向；金屬液較慢和平穩(wěn)的充型速度避免了氣體的卷入,，使鑄件可經(jīng)熱處理進(jìn)一步提高其力學(xué)性能,。所以，鎂合金的消失模鑄造具有較巨大的應(yīng)用前景,。 鎂合金的凝固和化學(xué)性能方面的特點，使得鎂合金在消失模鑄造中產(chǎn)生了很多問題,，特別是澆不足和氧化燃燒,。由于鎂合金低的密度和比熱容，氣化泡沫模樣所需要的熱量來自高溫液態(tài)鎂合金的潛熱從而阻礙了充型,，而且鎂合金的結(jié)晶溫度范圍寬,，因此消失模充型時金屬液的壓頭作用小，極易過早停止流動,，產(chǎn)生澆不足缺陷,。鎂合金的化學(xué)反應(yīng)可能通過使用在鎂合金砂型鑄造工業(yè)中應(yīng)用的阻燃劑和輔助使用高孑L隙率的模樣涂料進(jìn)行控制，還可以采用可控氣氛進(jìn)行防止?jié)沧r的氧化燃燒,。另外,，高密度的泡沫模樣吸收更多的熱量，產(chǎn)生更多的液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物,，降低了鎂合金的充型性,。但泡沫模樣在澆注過程中產(chǎn)生的還原性氣氛降低甚至阻止鎂合金的氧化燃燒,，保證了鎂合金在加工成型過程中的安全性，也有利于保證鎂合金熔體的潔凈優(yōu)質(zhì),。 2 變形鎂合金 變形鎂合金不同于鑄造鎂合金的液態(tài)成形,，而是通過在300℃—500℃溫度范圍內(nèi)擠壓、軋制,、鍛造的方法固態(tài)成形,。由于變形加工消除了鑄造組織缺陷及細(xì)化了晶粒，故與鑄造鎂合金相比,，變形鎂合金具有更高的強(qiáng)度,、更好的延展性和更好的力學(xué)性能，同時生產(chǎn)成本更低,。 2．1 塑性變形 變形鎂合金中,，常用的合金系是Mg—Al—Zn系與Mg—Zn—Zr系。Mg—Al—Zn系變形合金——般屬于中等強(qiáng)度,、塑性較高的變形材料,，鋁在鎂中的含量為0—8％，典型合金為AZ31,、AZ61和AZ81合金,，由于Mg—Al合金具有良好的強(qiáng)度、塑性綜合性能,，而且價格較低,，因此是最常用的合金系。Mg—Zn—Zr系合金一般屬于高強(qiáng)度材料,，其變形能力不如Mg—Al系合金,，一般采用擠壓工藝生產(chǎn)，典型合金為ZK60合金,。屬高強(qiáng)度變形鎂合金的還有Mg—Mn系,，其最主要的優(yōu)點是具有優(yōu)良的抗蝕性和可焊性，但鑄造性能差,，收縮率大,，有熱裂傾向，應(yīng)用較少,。另外,，添加Nd、Th,、Yb,、Sc和Mn等元素可顯著提高變形鎂合金的耐蝕性。 目前鎂合金的塑性成形過程主要為鍛造和擠壓,，少量為軋制成形,，且均需采用熱加工方式,。因此，變形溫度是重要參數(shù),，同時變形速率和應(yīng)力狀態(tài)也是重要的考慮因素,。 1)鍛壓成形：鎂合金鍛造性能取決于3個因素：合金的凝固溫度、變形速率及晶粒大小,。為了保證良好的加工性能必須采用具有可鍛性的AZ和ZK系鎂合金坯料或坯棒,。這兩系合金可通過添加晶粒細(xì)化劑和合金元素得到滿意的晶粒尺寸。但鑄造組織的晶粒度一般不符合鍛造要求,，須先將鑄錠加以擠壓,，得到鍛造所需晶粒尺寸，再以高變速率鍛造成形,。鎂合金在其固相線溫度以下55℃范圍內(nèi)進(jìn)行鍛造,，鍛造溫度過低可能形成裂紋。液壓機(jī)和低速機(jī)械壓力機(jī)是其模鍛的常用設(shè)備,。 2)擠壓成形：鎂合金可以擠壓成各種管材,、棒材和型材。包括帶凹角和暗槽的型材,，大直徑和變截面厚度的薄壁管等難加工的產(chǎn)品,。擠壓材料也是AZ和ZK系鎂合金，溫度一般控制在300℃—460℃之間,，具體溫度的選擇還和特定的合金牌號和擠壓形狀有關(guān),。因為鎂在變形過程中會產(chǎn)生大量熱，所以擠壓過程中必須充分冷卻,，否則合金溫度可能超過固相線溫度而導(dǎo)致開裂,。 3)軋制成形：鑄造成平面形狀且有圓形邊緣的鎂錠可以用來進(jìn)行厚板和薄板的軋制。一般鎂合金厚板厚度范圍為11．0mm—70mm,，薄板厚度為0．8mm—10mm,。鎂合金的冷軋性能不佳，一般厚板可以在熱軋機(jī)上直接生產(chǎn),，而薄板一般采用冷軋和溫軋兩種方式生產(chǎn)。 鎂合金熱軋時,，一方面要保證鑄態(tài)組織得到充分變形,，達(dá)到改善組織的目的，因此要有一定的變形量,；另外,，由于多晶鎂合金滑移系少，晶粒不易產(chǎn)生宏觀屈服而易在晶界產(chǎn)生大的應(yīng)力集中,，合金很容易發(fā)生晶間斷裂,。試驗研究發(fā)現(xiàn)開坯時首次變形量控制在壓下量s二30％左右最合適,。鎂合金板材在軋制以后一般要進(jìn)行退火及熱處理，加工組織發(fā)生再結(jié)晶,。其退火溫度應(yīng)選擇在靠近完全再結(jié)晶溫度范圍內(nèi),。 2．2 超塑性變形 超塑性是指晶體材料在拉伸時表現(xiàn)出大的應(yīng)變。已有的研究結(jié)果表明,，鎂合金在一定條件下不但具有很高的塑性,，而且甚至出現(xiàn)明顯的超塑性。當(dāng)晶粒細(xì)化到一定程度(約10—6m),，鎂合金可獲得相對的超塑性,。通常超塑性現(xiàn)象主要發(fā)生在高溫(約等于0．7Tm，Tm為材料的熔點),，應(yīng)變速率相對較低,，工業(yè)生產(chǎn)中受到限制。Langdon提出了超塑性變形的兩個必要條件：①局部縮頸受到限制,；②空洞內(nèi)部相互連接受到抑制,。目前，采用高應(yīng)變速率超塑性成形和低溫超塑性成形獲得細(xì)小晶粒,。其中,，等通道角擠壓技術(shù)是低溫超塑性的一種方法，在200 ℃溫度下可使AZ91鎂合金延伸率達(dá)到675％,。 3 半固態(tài)成形 半固態(tài)成形技術(shù),，是在金屬凝固過程中，將結(jié)晶過程控制在固—液兩相共存溫度,，并通過劇烈攪拌破碎枝晶組織,，從而獲得一種金屬母液中懸浮一定固相成分的固—液?昆合漿料，再采用壓鑄,、模鍛等成形加工工藝進(jìn)行的金屬成形技術(shù),。半固態(tài)加工，是一種新型,、先進(jìn)的工藝方法,，與傳統(tǒng)液態(tài)鑄造成形相比，具有成形溫度低(鎂合金可降低100℃左右),，延長模具的壽命,，改善生產(chǎn)條件和環(huán)境，細(xì)化晶粒,，減少氣孔,、縮孔，提高組織致密性,，提高鑄件質(zhì)量等優(yōu)點,，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的精密成形技術(shù)之一,。根據(jù)工藝流程的不同，半固態(tài)成形通常分為流變鑄(Rheocasting)和觸變鑄造(Thixocasting)兩類：流變鑄造是對冷卻過程中的金屬液進(jìn)行攪動,，將形成的固相枝晶破碎,，形成一定固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)金屬漿料，然后將漿料注入壓鑄機(jī)或擠壓機(jī)內(nèi)成形(俗稱“一步法”),；而觸變鑄造是先由連鑄等方法制得具有半固態(tài)金屬組織的錠坯,，然后切成所需長度，用二次加熱裝置再加熱到半固態(tài)狀態(tài),，最后移送至壓鑄機(jī)等再壓鑄或擠壓成形(俗稱“兩步法”),。 半固態(tài)成形過程一般包括非枝晶組織的制備、二次加熱和半固態(tài)成形3個步驟,。制備非枝晶組織的坯料是半固態(tài)成形的前提,，機(jī)械攪拌法是最早采用的方法，其設(shè)備構(gòu)造簡單,，但工藝參數(shù)不易控制,，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。目前工業(yè)化生產(chǎn)中,，應(yīng)用最為廣泛的方法有：電磁攪拌法,、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)和半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?SSIT)以及化學(xué)晶粒細(xì)化法等。 3．1 電磁攪拌法 利用電磁感應(yīng)在凝固的金屬液中產(chǎn)生感應(yīng)電流,，感應(yīng)電流在外加磁場的作用下促使金屬固液漿料激烈地攪動,，使傳統(tǒng)的枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵ЫM織。一般用于生產(chǎn)直徑不大于150 mm的棒坯,。該方法在很大程度上克服了機(jī)械攪拌的缺點,，可實現(xiàn)連鑄，生產(chǎn)效率高,，是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種方法,。 3．2 應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA) 預(yù)先連續(xù)鑄造出晶粒細(xì)小的合金錠，再將合金鑄錠進(jìn)行足夠的預(yù)變形,，然后加熱到半固態(tài),。在加熱過程中，先發(fā)生預(yù)變形,，然后部分熔化,，使初生相轉(zhuǎn)變成顆粒狀，形成半固態(tài)合金材料,。此方法對制備較高熔點的非枝晶組織合金具有獨特的優(yōu)越性，但只能制備直徑小于60mm的坯料,。 3．3 半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?/p> 在合金熔融狀態(tài)時加人變質(zhì)元素,，進(jìn)行常規(guī)鑄造,，然后把錠坯重新加熱到固液兩相區(qū)進(jìn)行保溫處理(半固態(tài)等溫?zé)崽幚?，最終獲得具有觸變性的非枝晶組織,。主要工藝參數(shù)有添加微量元素的種類,、加入量、半固態(tài)等溫溫度和保溫時間等,。 3．4 化學(xué)晶粒細(xì)化法 是近幾年開發(fā)的新方法,。通過添加晶粒細(xì)化劑或變質(zhì)劑，增加外來晶粒數(shù)量或改變結(jié)晶方式來細(xì)化晶粒組織,，使生產(chǎn)的錠坯適合于半固態(tài)鑄造,。據(jù)報道，挪威NorskHydro公司已經(jīng)通過化學(xué)晶粒細(xì)化法與特殊的凝固條件結(jié)合制備了鎂合金AZ91的細(xì)晶粒鑄錠,。 半固態(tài)觸變成形之前,，先要進(jìn)行局部重熔(二次加熱)。應(yīng)根據(jù)加工零件大小精確分割具有非枝晶組織的坯料,，然后將其加熱到半固態(tài)溫度后再進(jìn)行成形加工,。其目的一是為了獲得不同工藝所需的固相體積分?jǐn)?shù)，二是將有些工藝(電磁攪拌,，化學(xué)晶粒細(xì)化法等)獲得的細(xì)小枝晶碎片逐漸長大,，并轉(zhuǎn)化成球狀結(jié)構(gòu)，從而為觸變成形創(chuàng)造有利條件,。 流變成形與觸變成形技術(shù)的區(qū)別在于前者是由液態(tài)在冷卻過程中形成半固態(tài)狀態(tài),，再成形的過程；后者則是有固態(tài)加熱至半固態(tài)狀態(tài),，然后進(jìn)入成形工藝的過程,。與流變鑄造相比，觸變鑄造易實現(xiàn)坯料的加熱和輸送自動化,，是目前半固態(tài)鑄造的主要工藝方法,。但是，無論是流變成形還是觸變成形,，工藝流程較長,，鑄件工藝成本相對較高。 4 其它成形方法 鎂合金材料的其他制備方法還有擠壓鑄造法,，粉末冶金法,，噴射沉積法，真空浸漬法以及目前僅用于Mg—Li基復(fù)合材料的薄膜冶金法等,。 5 存在的問題及前景展望 近年來,，鎂合金應(yīng)用逐年提高，但一些尚待解決的問題使得鎂合金的廣泛生產(chǎn)受到限制。表現(xiàn)在以下幾個方面：鎂的化學(xué)活性很強(qiáng),，在空氣中易氧化,，在高溫情況下可以發(fā)生燃燒，因此熔煉過程中須采用復(fù)雜的保護(hù)措施,。工業(yè)中主要采用熔劑保護(hù)法和氣體保護(hù)法,。熔劑保護(hù)法最大缺點是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的有害氣體嚴(yán)重污染環(huán)境并損害人體健康；而氣體保護(hù)法中經(jīng)常采用且具有良好保護(hù)效果的SP6氣體,，但其溫室效應(yīng)是CO：的24 900倍12”,；鎂常溫下成形性差，目前工業(yè)上應(yīng)用的多為鎂合金壓鑄件,，限制了其它成形方法的運用,；鎂合金沒有像鋁合金那樣大規(guī)模使用的另一個原因是其耐蝕性差，采用表面防護(hù)又增加了其生產(chǎn)成本,。 |
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