低压铸造铝合金缺陷分析与热处理工艺分析

低压铸造铝合金缺陷分析与热处理工艺分析

周正海 ,唐嘉禄 ,吴昊

陕西黄河集团有限公司  陕西省西安市  710043

摘要：中国经济在工业的带动下迅速发展，成功地将“中国制造”品牌推向了世界。在全球经济的影响下，中国要想进一步提高经济水平，就需要从提高工业产品质量的角度出发，以优质产品拓展营销渠道，实现全方位发展。本文主要分析了铸造铝合金的质量危害，根据实际情况提出了相应的预防措施，探讨了保温时间、时效、工艺等各种因素对铸造铝合金产品的一系列影响，并规定了准确的热处理工艺参数。

关键词：低压铸造；铝合金；缺陷分析；热处理

铝合金是现代工业中的一种重要材料，具有重量轻、成型性好等特点。在各种现代技术的指导下完成理论研究后，他们开始在工业生产上投入巨资。工业产品的制造材料也发生了重大变化，有色金属材料成为工业生产中关注的焦点。铝合金具有很强的机械强度，密度仅为钢的三分之一，导电性极佳，耐腐蚀性极佳。因此，它们被广泛应用于航空航天、采矿、冶金等领域。为了进一步提高应用效果，有必要对其质量缺陷进行深入研究，并提出改进措施。

1铸造铝合金的缺陷分析

1.1铸件裂纹

铸件的形状具有复杂的特征。在凝固过程中，每个位置的冷却速率不同，形成巨大的内应力，在应力远远超过合金材料的抗拉强度后，逐渐抵抗开裂。裂纹表现为两个方面：热裂和冷裂。前者为晶间裂纹，裂纹呈氧化黑色，形状不规则。冷裂纹沿着区域开裂，断裂表面没有氧化，呈银色光泽。有效消除裂纹最合理的工艺措施是确保合金的杂质含量符合标准，避免熔体过热。在炉子里呆的时间不应该太长。应合理控制铸造温度和铸造速度，以保持液态金属流动和冷却的均匀性，从而避免杂质的插入。

1.2花边状组织

边界晶粒呈现出了波浪状花边形状态，类似于铸造边晶，呈现出了羽毛状，显微组织相互平行，产生原因是因为化学成分调整不合理，熔体太热，停留时间非常长，铸造度升高，结晶体非常爱变质。细化剂自身的作用却是要想将花边状组织有效消除，就需要严格控制合金化学成分、杂质含量，不可以超出标准合理的设计结晶装置，精准控制容量、铸造温度和时间，添加细化剂。

1.3光亮晶粒

在铸件发生了合金元素非常低的贫乏固熔液的情况下，晶粒粗大，呈现出了树枝状态网络组织，硬度比正常组织沿低，产生原因是因为铸造期间漏斗温度非常低，底部逐渐形成了低成分固溶液一次晶的结构，依照原成分不断长大，在重量达到一定程度以后，形成了光亮晶粒，降低了合金强韧度。具体的均匀涂抹物料浇注之前提前预热，漏斗沉入金属液不可以过深，严格控制铸造的温度均匀平稳。

1.4浇不足

由于浇注温度特别低，铸件凝固速度非常快，不符合标准要求，存在着凝固成型的现象，形成了浇不足的情况，形成了铸件产品不完善的情况。由于浇注系统通道比较狭窄，铝液流量小，形成了瓶颈，在浇注流量小于铝液填充速度的情况下，变形成了问题，成为废品。预防措施是对相关的系统加以设计和改进，增加铝液的容量预热模具的过程中，避免铝液冷速过快，使涂料保持均匀性，不可以太薄，保障模具的排气通畅。

1.5缩松

铝合金液温度和浇注温度处于偏高的状态，冷却速度十分缓慢，收缩程度大，导致晶粒粗大，力学性能下降，形成了废品，预防措施是改进工艺，制定规范性的操作流程，合理控制合金加热温度和浇注温度，涂料不可以太薄，尽量确保铸件设计的对称性，厚薄悬殊不可以太大。

1.6  氧化夹渣和气孔

由于操作不到位，铝液进入了型腔以后产生了喷溅现象，气体被包裹在铸件内部，金属产生了氧化，形成氧化夹杂铝业内有着体积较小的氢气时，将会形成不规则的小气孔，一般表现为厚大砂型铸件。铝合金铸件的物理和化学性能下降，影响了产品组织性能的核心效果，所以需要引进合理的工艺，精心操作，浇注过程中保持铝液流速的平衡性，降低冲击力，明确具体的熔化温度和浇筑温度，检验炉料的清洁度。

2固溶淬火原理

目前，低压铸造生产的铝合金分为共晶型和固溶型。

2.1共晶型

目前工业生产的典型代表性共晶合金是ZL104铝硅镁锰合金。除了主要的化学元素Al、Si、Mg和Mn外，还有少量的Fe、Cu和Zn，杂质控制在0.6%以内。铸态结构由α固溶体α和Si二元共晶组成，掺杂了由AlSiMnFe和Mg2Si组成的化合物。淬火温度促进Mg2Si溶解到固体中，而Si作为不溶相，与Al-Si-Mn-Fe发生聚集反应。淬火组织为α固溶体α和Si、Al-Si-Mn-Fe，低熔点共晶为α、Si、Al-Si-Mn-Fe等，过烧温度近560℃。

2.2固溶型

固溶型不含铸件不溶性共晶的相关元素，结晶冷却引起的铸件结晶或偏析以及第二相成分在淬火阶段会受到高温的影响，并在所有强化相溶解后消失。通常，淬火条件主要由α固溶体成分引起，温度范围相对较宽。一个典型的例子是ZL201的Al-Cu-Mn-Ti。除了Al、Cu、Mn和Ti等主要元素外，还有少量的Zn、Mg，杂质要求在0.3%

的范围内。铸态结构由固溶体、Al2Cu、Al12Mn2Cu和Al3Ti组成的化合物。在淬火和加热阶段，Al2Cu会溶解在α固溶体和Al固溶体在高温的影响下分解的细颗粒的T相（Al12Mn2Cu）中。如果你想获得铝合金的最佳组织，可以使用两阶段淬火来完成加热工作：在530℃，上下浮动3℃，所需的温度略低于规定的生产温度。完成一阶段加热，使Al2Cu强化相能够与α相顺利混合，固溶体溶解并沉淀出晶界处的所有T相颗粒。二次加热应与规定的生产工艺温度一致，即540℃，可保持3℃的波动，使残余的Al2Cu相与α固溶体完全匹配。应严格控制这种合金中Si的杂质元素，以避免含量过高。如果硅元素超标，在生产α、Si、Al2Cu三元共晶时，熔点将达到525℃，这将降低铝合金产品的淬火温度，并对物理和化学性能产生负面影响。

3淬火温度

如果铸造铝合金在淬火过程中的加热温度逐渐升高，而不会导致结构过热，则可以帮助强化相加速与铝基固溶体的溶解，从而减少形成饱和状态的时间，提高铝合金的强化效果。一般情况下，共晶型淬火温度应控制在10℃至15℃范围内，而固溶型淬火温度则应控制在5℃至10℃范围内。

4.保温时间

淬火后的保温时间与铸造铝合金的原始成分、溶解速率和微观结构有关。通常，共晶型中的强化成分不多，导致Mg2Si的溶解速率较高。因此，在正常淬火温度条件下，保持1至4小时可以满足技术条件所需的组织性能。同时，在保温期间，铝合金的性能与保温时间成正比。如果保持时间过长，例如超过9小时，在Si元素聚集效应增强的影响下，铝合金的性能将降低。

5冷却速度和转移时间

对于淬火阶段的冷却速度，有必要确保现在溶解在固溶体中的强化相在淬火阶段不会沉淀，并严格控制淬火的转移时间。冷却速率受淬火介质的性质、保持热容、粘度等因素的影响。淬火的冷却介质应为有温差的清水，这样不仅获得方便、成本低，而且易于控制实验效果。通过使用不同温度的清水，可以获得分级冷却速率，对各种铝合金产品具有很强的适用性。铝合金的冷却速度将随着水温的升高而降低，水温的降低将增加冷却速度。

6结语

应规定具体的时效时间和温度，这是提高产品质量和性能的关键。过去，传统生产通常使用单阶段时效，但通过研究发现，使用双阶段时效可以获得较强的强度和硬度，具有良好的强化效果。有效温度远低于规定的老化温度，应在保温后进行处理。然而，新工艺的应用可以带来很高的技术和经济效益。

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