压铸件 铸铝件

压铸件气孔产生的原因和解决铸件气孔的方法

摘要:铝合金压铸件缺陷中最常见问题就是气孔,对气体的来源分析铸件气孔成因,去除铝液中氢气气孔/浇口卷气气孔的解决方案,作出气孔改善排除办法和压铸件气孔预防措施...

一.铝合金压铸件最常见的缺陷之一:气孔

气孔一般表面比较光滑,呈圆形或椭圆形,有的孤立存在,有的簇集在一起,也有的在压铸件内部。
 

氢气气孔

氢气气孔微小,形如针状,且均匀分布,零件表面加工后才能观察到。由于压铸件壁薄,金属液凝固速度快,有时氢气气孔肉眼难以观察到。水蒸气是氢气最主要的来源,可能来自炉气、熔炼工具、铝锭/回收件、油污染机加工屑和湿精炼剂等。

氢气气孔 旋转除气装置

通常铝合金压铸采用旋转除气装置(见图4)。气体源一般使用氩气、氮气或氯气。在金属液中通入气体,通过转子切成大量微小气泡,由于气泡内外的浓度差,将氢气吸入气泡内,一起排出金属液外(见图5)。

卷气气孔

卷气气孔呈圆形,内部干净,表面比较光滑且具有光泽,卷气有时单独存在,有时簇集在一起。图6和图7分别为宏观和扫描电镜下卷气气孔特征。卷气一般发生在冲头系统、浇道系统和型腔内。
卷气气孔 压铸件卷气量和充满度

 

二.压铸件产生气孔中气体的来源

  1. 合金液析出气体—a 与原材料有关 b 与熔炼工艺有关
  2. 压铸过程中卷入气体-—a 与压铸工艺参数有关 b 与模具结构有关
  3. 脱模剂分解产生气体-—a 与涂料本身特性有关 b 与喷涂工艺有关 

原材料及熔炼过程产生气体分析:铝液中的气体主要是氢,约占了气体总量的 85%。 熔炼温度越高,氢在铝液中溶解度越高,但在固态铝中溶解度非常低,因此在凝固过程 中,氢析出形成气孔。 氢的来源: 1) 大气中水蒸气,金属液从潮湿空气中吸氢。 2) 原材料本身含氢量,合金锭表面潮湿,回炉料脏,油污。 3) 工具、熔剂潮湿。

压铸过程产生气体分析:由于压室、浇注系统、型腔均与大气相通,而金属液是以高压、高速充填,如果不能实现 有序、平稳的流动状态,金属液产生涡流,会把气体卷进去。 压铸工艺制定需考虑以下问题: 1) 金属液在浇注系统内能否干净、平稳地流动,不会产生分离和涡流。 2) 有没有尖角区或死亡区存在? 3) 浇注系统是否有截面积的变化? 4) 排气槽、溢流槽位置是否正确?是否够大?是否会被堵住?气体能否有效、顺畅排 出? 应用计算机模拟充填过程,就是为了分析以上现象,以作判断来选择合理的工艺参数。

涂料产生气体分析:涂料性能:如发气量大对铸件气孔率有直接影响。 喷涂工艺:使用量过多,造成气体挥发量大,冲头润滑剂太多,或被烧焦,都是气体的来源。

三.压铸件气孔产生原因分析

1.精炼除气质量不良产生的气孔

在铝合金压铸生产中,熔化了的铝液浇注温度 一般常在610~660℃,在此温度下,铝液中溶解有 大量的气体(主要是氢气),铝合金氢气的溶解度与铝合金的温度密切相关,在660℃左右的液态铝液 中约为0.69cm3/100g,而在660℃左右的固态铝合 金中仅为0.036cm3/100g,此时液态铝液中含氢量 约为固态的?19?~20?倍。所以当铝合金凝固时,便有大量的氢析出以气泡的形态存在于铝合金压铸件 中。
减少铝液中的含气量,防止大量的气体在铝合 金凝固时析出而产生气孔,这就是铝合金熔炼过程 中精炼除气的目的。如果在铝液中本来就减少了气 体的含量,那么凝固时析出气体量就会减少,因而产生的气泡也显著减少。因此,铝合金的精炼是非常 重要的工艺手段,精炼质量好,气孔必然少,精炼质 量差,气孔必然多。保证精炼质量的措施是选用良好的精炼剂,良好的精炼剂是在660℃ 左右可以起 反应产生气泡,所产生气泡不太剧烈,而是均匀不断 的产生气泡,通过物理吸附作用,这些气泡与铝液充 分接触,吸附了铝液中的氢将其带出液面。因此冒泡时间不宜过短,一般要有6~8min的冒泡时间。
当铝合金冷却到300℃时,氢在铝合金中的溶解度仅为0.001cm3/100g以下,此时仅为液态时的1/700,这种凝固后氢气析出而产生的气孔是分散 的,细小的针孔,这不影响漏气和加工表面,肉眼基本看不见。
在铝液凝固时因氢气析出所产生的气泡比较 大,多在铝液最后凝固的心部,虽然也分散,但这些气泡常常导致渗漏,严重时常导致工件报废。

2.因排气不良产生的气孔

在铝合金压铸中,因模具的排气通道不畅,模具?排气设计结构不良,压铸时型腔内的气体无法完全?顺畅排出,造成在产品某些固定部位存在气孔。这?种由模具型腔中气体形成的气孔时大时小,气孔的?内壁呈铝与空气氧化的氧化色,与氢气析出产生的?气孔不同,氢气析出气孔内壁不如空气孔光滑,没有氧化色,而是灰亮的内壁。对于因排气不良而产生?的气孔,应改进模具的排气通道,及时清理模具排气?通道上的残留铝皮就可以避免。 

3.因压铸参数不当造成卷气产生的气孔

在压铸生产中压铸参数选择不当,铝液压铸充 型速度过快,使型腔中气体不能完全及时平稳的挤出型腔,而被铝液的液流卷入铝液中,因铝合金表面 快速冷却,被包在凝固的铝合金外壳中,无法排出形 成了较大的气孔。这种气孔往往在工件表面之下, 铝液进口比最后汇合处少,呈梨形或椭圆状,在最后 凝固处又多又大。对于这种气孔应调整充型速度, 使铝合金液流平稳推进,不产生高速流动而卷气。

4.铝合金的缩气孔

铝合金同其它材料一样,在凝固时产生收缩,铝 合金的浇铸温度愈高,这种收缩就愈大,单一的因体 积收缩产生的气孔是存在于合金最后凝固部位,呈 不规则形状,严重时呈网状。往往在产品中,它与凝固时因氢气析出的气孔同时存在,在氢析出气孔或 卷气孔的周围存在缩气孔,在气泡周围有伸向外部 的丝状或网状气孔。
对于这种气孔,应从浇铸温度着手解决,在压铸 工艺条件允许的情况下,尽量降低压铸时的铝液浇 铸温度。这样可以减少铸件的体积收缩,减少缩气 孔及缩松。如果常在加热部位出现这种气孔,可以 考虑增加抽芯或冷铁,使其改变最后凝固部位,解决 渗漏缺陷问题。

5.因产品壁厚差过大而引起的气孔

产品形状常有壁厚差过大问题,在壁厚中心是 铝液最后凝固的地方,也是最易产生气孔的部位,这 种壁厚处的气孔是析出气孔和收缩气孔的混合体, 不是一般措施所能防止的。
对产品的形状在设计时就应考虑尽量减少壁厚 不均匀,或过厚的问题,采取空心结构,在模具设计 上应考虑增设抽芯或冷铁,或水冷,或增加模具此处 的冷却速度。在压铸生产中,要注意厚度大部位的 过冷量,适当降低浇注温度等.

四.防止气孔缺陷的措施和途径:

  1. 1.保证铝合金熔炼的精炼除气质量,合金锭表面和工具干燥,回炉料干净。选用好的精炼剂、除气剂,控制熔炼温度,避免过热,减少铝液中的含气量,进行除气处理。及时清除 液面浮渣、泡子之类氧化物,防止再次带入气体进入 压铸件中。
  2. 2.选择良好的脱模剂和喷涂工艺,所选用的脱模剂应是 在压铸中不产生气体的,又有良好脱模性能的。
  3. 3.保证模具排气槽、溢流槽位置正确,顺序填充有利于型腔气体排出,排气通畅不堵死,排气顺畅,保证模具中的气体完全排出,尤其是在铝液最后聚合处 排气通道必须通畅。直浇道和横浇道有足够的长度(>50mm),以利于 合金液平稳流动和气体有机会排出。可改变浇口厚度、浇口方向、在形成气孔的位置设置 溢流槽、排气槽。溢流品截面积总和不能小于内浇口截面积总和的 60%,否则排渣效果差。
  4. 4.选择性能好的涂料及控制喷涂量
  5. 5.调整好压铸件参数,特别是压射速度,控制好浇铸温度,充型速度不可过快,实现 有序、平稳的流动状态,防止产生分离和涡流形成卷气。
  6. 6.产品设计和模具设计中应注意抽芯和冷却 的使用,尽量减少壁厚差过大。
  7. 7.对常在固定部位出现的气孔,应从模具和设计上改善,有没有尖角区或死亡区,浇注系统是否有截面积的变化,应用计算机模拟充填过程,判断来选择合理的工艺参数

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