VDGP201_2002-05-01_VolumendefizitevonGutk enausNichteisenmetallen(中文)[1].doc

VDG 规程非铁金属（有色金属）铸件的体积收缩P2012002年5月内容目录1 适用范围21.1一般说明21.2 合金21.3 铸造方法22 说明22.1 孔隙度22.1.1振动孔隙度（缩孔、砂眼）22.1.2 气孔度32.2 其它缺陷33 孔隙度可能的影响33.1 静力强度33.2 动力强度43.3 一般密封性和密封面43.4 表面和热处理44 铸件孔隙度鉴定45 孔隙度说明55.1 气孔等级55.1.1 气孔等级标记55.1.2 气孔等级的基准面65.1.3 气孔等级确定75.1.4 气孔等级标记示例75.2 试验可能性85.2.1 透视试验（用图形放大器）85.2.2 超声波试验85.2.3 密封性试验85.2.4 目视（外观）检验95.2.5 密封检验95.2.6 磨样（片）试验和切割试验96 图纸上的标注96.1 集中标注95.2 规定范围标注97 参考文献说明、标准、规范10附录1 其它缺陷的定义12附录1.1 低温流变点12附录1.2 粘附（物）12附录1.3 拉伸应变12附录1.4 毛刺12附录1.5 烧裂12附录1.6 铸件其它特征12附录2 气孔等级0,4和8结构的示例13附录3 一般孔隙度和与基准面有关的不同孔隙度示例（资料）141 适用范围1.1一般说明在VDG 规程适用于非铁金属（NE 金属）铸件。其目的是说明对铸件质量，以及在技术资料上的统一标注的要求。规程的适用范围限制在内部和外部缺陷 孔隙度。其它的缺陷，例如，缩孔、低温流变点、粘附物、拉伸应变、毛刺和烧裂不是本规程的组成部分。孔隙度可通过设计人员和铸造工人一起工作而降低。1.2合金本规程限制在铝 镁合金和锌 基合金（按标准DIN 1753“镁”和DIN 1706“铝”、DIN EN 12844“锌”）铸件范围内使用。1.3铸造方法在VDG 规程的内容涉及到压铸法，包括以前使用的特殊铸造法，如挤压 铸造法和触变铸造法，以及砂型铸造法和金属模铸造法和这些方法的变型。2 说明2.1孔隙度2.1.1振动孔隙度（缩孔、砂眼）振动气孔，也称作缩孔，其根源在于铸造材料凝固时的热物理特性。不可能制造无缩孔的铸件。金属材料在液态和固态时，具有不同的密度并因此具有不同的体积。由液态过渡到固态时，产生体积突变（图1）。这个突变对于常用的非铁金属合金冷却时是负值（体积减小、凝固收缩）。液态收缩体积cm3/g凝固收缩固态收缩温度Ts=熔点图1 铝体积与温度的关系在一般情况下，零件边缘表面层和浇口先凝固，铸件内部形成体积收缩。这个收缩是由于铸件空腔引起的。通过适当的结构可避免铸件产生壁厚差和通过最佳的铸造系统的设计可降低体积收缩。缩孔或多或少加大了空洞形状。如果边缘层的承载能力小于振动时产生的应力，这可导导致产生振动裂纹或热裂纹。这两种裂纹也可以像缩孔那样，在适当的铸件设计和模具设计时，通过相关范围的辅助作用而得到改善。特别是具有宽凝固空隙（间隔）的合金，最易产生热裂纹。如果能用标准（正常）视力确定缩孔和气孔，则称作宏观孔隙度，否则称作微观孔隙度。2.1.2 气孔度气孔可由下述原因产生：- 热力学原因- 流体力学原因2.1.2.1 热力学限制的气孔度流态金属通常具有高于固态金属的对于基本气体的溶解度。因此，凝固时导致气体析出并因此产生气孔。这个气孔在剩余凝固范围内积聚。对于具有铸造凝固空隙的合金，气体析出主要在技状晶系之间产生。因此，由于析出产生的气孔通常不具有圆形轮廓。轮廓的形状与熔液的气体含量有关。2.1.2.2 流体力学限制的气孔度充满铸模时，由于金属流动原因带入气体。涉及的气体是由环境空气中产生和由于金属熔液和铸造材料或铸造辅助材料，如分模剂、铸模润滑剂等之间的热接触反应产生。由于气体和熔液之间的极限应力关系（比率），通常流体力学限制的气孔具有圆的形状。注：通常，缩孔和气孔一起产生。2.2 其它缺陷除孔隙度外，还有其它影响铸件质量的缺陷，如低温流变点、粘附（物）、拉伸应变、毛刺和烧裂。这些缺陷的特征在本规程里涉及到并规定在附录1里。但是，它不是本规程的组成部分。只要可能，说明应涉及到这些缺陷和其试验方法的其它规范和标准。3 孔隙度的可能影响按构件种类和性质，以及按应力（变），铸件内的气孔将影响构件强度，密封性和表面性质或外观。对于技术（工程）构件，应特别注意孔隙度对构件强度和影响。相同的孔隙度可对构件的静力负荷动力负荷具有不同的影响。不仅对于静力负荷，而且对于动力负荷，应当了解负荷作用点，大小和最大负荷密度，这是为了选择要求的气孔等级。3.1静力强度构件的应力是由外力而在构件横断面上产生的应力。这个应力是力与模断面面积的商数。如果由于气孔原因，横断面降低（减小），应力相应增大。如果应力超过材料的弹性极限（值），可产生导致破坏的永久变形。别外，通过减小横断面来提高应力可导致缺口应力集中。对于静力负荷，应首先鉴定横断面减弱情况和由此产生的，与面积有关的气孔部分。对于弯曲应力和扭曲应力，应注意与中性纤维有关的气孔位置。特别对于受振动限制的气孔，气孔位于与材料有关的范围内和为此在中性纤维附近。因此，在整个横断面上的强度降低并与气孔面积部分成比例。3.2 动力强度对于构件的动力强度，除了材料本身外，主要是缺口系数起作用。不仅几何轮廓，而且杂质结构组织成分，金属间接合等和铸造缺陷可用缺口表示，缺口系数可大于气孔系数。气孔与其形状，铸造表面位置和不同切口应力集中的相互关系有关。切口应力集中随气孔度增大和随气孔直径增大而增加并随圆度增大和气孔与铸件表面距离增大而降低。铝铸造合金的耐久强度试验表明，当孔隙度从气孔等级0增加到气孔等级8时，耐久强度将降低约15至20%1至11。这个结果符合附录2里的图12。3.3 一般密封性和密封面如果气孔、缩孔和热裂纹连接在铸件砂皮（暴露的气孔、缩孔）上或它们在零件机械加工时被切断，则可导致构件和密封面不密封（与气孔分布有关）。与压力密封性要求有关，应特别鉴定热裂纹和像网状相互连接的缩孔。气孔（与其形状和大小有关）可导致使用的密封件损坏。3.4 表面和热处理对于电镀表面层或热处理表面层的构件，表面上的气孔可导致产生中断点（破裂点）或表面气泡。铸件热处理（退火处理、漆热干燥等）时，可导致材料强度降低（由于高温影响）。因此，特别是充气的气孔（由于予处理产生的内压力）可导致变形或形成气泡。这种观象也适用于压铸构件（见2.1.2.2节）。借助压铸模的强制排气，不允许压铸时形成汽泡。4 铸件孔隙度鉴定气孔尺寸与材料、加工方法、构件本身结构、性能和允许孔隙度程度有关。通常可认为，较小孔隙度要求可导致增加加工费用和试验费用并因此导致成本增加。宏观孔隙度和微观孔隙度之间的差别：宏观孔隙度概念是对所有气孔的尺寸和形状用标准视力人的眼睛或辅助手段（X射线）证明和确定相应的分辨率。这种方法适用于气孔具有至少0.5mm和更多的延伸值。微观孔隙度是不允许用肉眼观察气孔形状和大小进行鉴定。鉴定直至达到最大直径伸长0.5mm。包括的最小气孔值按使用的辅助工具分辨率调整。孔隙度要求应根据构件要求（静力强度、耐久强度、密封性、加工面性能、粗糙铸造表面性质）确定。鉴定准则（标准）和鉴定规模应在制造厂和用户之间确定。在一个构件上，可根据情况规定不同的鉴定准则（标准），见5.1节。在确定鉴定准则（标准）和鉴定规模时，工和12至19应得到很好地支持。5 孔隙度说明5.1 气孔等级为了说明对构件孔隙度的所有要求，对于零件范围，规定不同的气孔等级。根据经验，加工困难的复杂构件应用1个气孔等级加工。5.1.1 气孔等级说明气孔等级标记（符号由下述参数组成）：应力种类的参数可用下述标记（符号）：S 构件主要承受静力负荷。D 构件主要承受动力负荷。F 构件对功能面有特殊要求G 构件无详细要求孔隙度：协商面的孔隙度参数，对于应力种类G、S和D，规定了最大允许的孔隙度（百分率）。对于应力种类F，规定了最大允许规定气孔的数量（与基准面有关）。基准面是正方形、三角形（等边）或圆形和其形状取决于构件几何形状（图5和5.1.2节）。直径：规定的直径参数是选用的。规定了单个气孔最大允许比较直径。制造厂和用户可以协商按中等长度或气孔中等直径或等值直径（比较直径是最小气孔规定直径；等值直径是等面积圆的直径）选用。补充：补充1至补充n是供选用的参数值。这些值可单独或多个组合在一起使用和采用下述参数：An相邻气孔距离。这个参数规定两个相邻气孔之间的最小边缘距离。最小边缘距离是两个相邻气孔的较小气孔直径乘以系数n（A=距离）。系数n应按制造厂和用户的协议选用。M构件壁中心。这个参数只能与直径参数一起使用。粗大气孔群只允许在构件壁的中心（M）。粗大气孔群是单个气孔的集聚。粗大气孔群存在的必要条件：- 气孔群直径大于单个气孔的最大允许值- 相邻气孔之间距离小于最小气孔的直径C材料集聚。这个参数只允许与直径参数一起使用。只允许粗大气孔群在材料集聚处和接（节）点（热中心=C）上。R构件壁的核心范围。参数R仅允许用于气孔等级D10至D30（例如，D10：主要是动负荷用最大允许10%的孔隙度）。规定的孔隙度-等级仅适用于构件壁核心范围（R）（壁厚的内三分之一）。在两个外三分之一处应遵守孔隙度等级。Pn气孔尺寸。这个参数只允许与直径参数一起使用。最大允许气孔尺寸（通过直径参数确定）只适用于构件壁核心范围（壁厚的内三分之一）。在两个外三分之一处，单个气孔的最大允许气孔值（P）限制在n的直径之内。对于气孔等级F，n规定为直径，直至不考虑气孔。表示：（负荷形式）（孔隙度）/直径/补充1/补充n例如，S5/2/C或F4/3/A0.5/P0.8为了充分说明允许的气孔等级，应至少规定圆括弧内的参数。方括弧内参数是选用参数。5.1.2 气孔等级的基准面如果取通过构件的任一平断面（气孔等级F），考虑功能面，则产生一个可分为方形，三角形（例如，直角）或圆形的平面。部分范围的基准面应这样选择，基准面应包括最大的面和尽可能与零件范围的外轮廓相适应（图2）1。在孔和螺纹范围内，基准面是最大的圆环面（如果孔/螺纹与纵轴线以直角相切）。在这种情况下，圆环厚度按常用壁厚看待。另外，对于气孔等级D1至D4，还应有下述必要条件：在基准面内，在没有部分面积的基准面（部分面积具有在基准面内任一位置上的尺寸=3mm4mm）上允许部分面气隙度大于4%。如果基准面尺寸不够，则可取消这个要求。气孔等级D1至D4仅在特殊情况（特殊临界构件范围）下使用（见5.2节）。对于所有其它范围，建议选用气孔等级D5和更大。基准面基准面的部分面构件断面的部分范围图2 带气孔和基准面的构件断面,用于确定孔隙度(见附录3示例)5.1.3 气孔等级确定气孔等级（按本规程）应按试验任务确定，应确定其成本费用。5.1.3.1 气孔等级S（静力负荷）试样准备和使用的最佳分辨率（为了试验气孔等级S的孔隙度）应在铸造技术人员和用户之间商定。有关协议内容应规定在构件图纸上或试验标准里。如有疑义，等级S的孔隙度应在至少R225的中等粗糙度表面上和按标准视力人眼的分辨率进行鉴定。5.1.3.2 气孔等级D（动力负荷）如果铸造技术人员和用户之间无其它协议，孔隙度（等级D）应在金相磨片上用放大25：1和20：1的显微镜进行鉴定。气孔等级D1至D4只在放大25：1或20：1的金相磨片上进行鉴定。如果在构件图纸上未规定特殊的试验横断面，参数（规定）适用于构件所有横断面范围。5.1.3.3 气孔等级F（对功能面的特殊要求）如果制造厂和用户之间无其它协议，该气孔等级的孔隙度应在加工完的功能面上用肉眼进行鉴定。5.1.3.4 气孔等级G（无特殊要求的构件）如果制造厂和用户之间无其它协议，该气孔等级的孔隙度应在焦点1mm的X射线装置上进行鉴定。同时，鉴定产生的射线图（二维的构件断面）。如果制造厂和用户之间无其它协议，不允许基准面超过5cm2（遵守X射线图/铸件的比例=1：1）。偏离图象比例时，应与最大允许基准面尺寸相适应。5.1.4 气孔等级标记示例示例1:一般标记补充补充气孔直径补充对功能面有特殊要求的构件每个基准面上最多4气孔允许的单个气孔尺寸:3mm两气孔之间最小边缘距离:0.5最小气孔不考虑至0.8mm直径的气孔示例3: 特殊要求构件F4/3/a0,5/P0,8主要静力负荷 最大允许孔隙度:5%最大允许气孔直径:2mm允许粗大气孔群在节点上和材料堆集上示例2: 标记S5/2/C负荷形式孔隙度对于铸件，通常在图纸上标注孔隙度规定S5/2/C。另外，铸件上的3个功能面之一应按图纸补充F4/3/A0.5/P0.8。这个规定说明：最大允许孔隙度5%适用于所有承受静力负荷的构件。允许构件上单个气孔直径至最大2mm。仅允许粗大气孔群在材料集聚和节点（热中心）上（示例2）。允许在特殊的功能面上的每个基准面上最多有4个气孔。最大允许单个气孔直径为3mm。气孔最小边缘距离为0.5直径（两个相邻气孔最小的气孔）。不考虑直径至0.8mm的单个气孔（示例3）。5.2 试验可能性为了鉴定铸件孔隙度，有不同的试验可能性。与鉴定准则（标准）确定有关，在考虑构件要求的条件下，试验方法应在制造厂和用户之间进行商定1。5.2.1 用图象放大器进行的透视试验（RT）。透视试验（X射线试验）2、3、4、5时，涉及到无破坏试验。试验方法的分辨率与试验的壁厚、透视距离和透视角，以及铸件几何形状有关。X射线试验时，产生铸件二维的投影。由此产生气孔定位和确认问题。最大的分辨率（按铸造车间里使用的X射线设备）约为0.5mm.5.2.2 超声波试验（UT）超声波试验时，涉及到无破坏试验6。分辨率与试验壁厚的铸件轮廓（外形），以及传声途径和传声角有关。超声波试验时，产生铸件的一维投影。构件的总概况只能通过所有构件的扫描得到。超声波试验时，不仅连接振荡器时，而且，鉴定反映信号（确定气孔值，气孔数量，气孔位置）时产生错综复杂问题。因此，这种测定孔隙度的方法只能在特殊情况下使用。5.2.3 密封性试验（LT）密封性试验时，涉及到无破坏试验7.8。如果要求铸件密封性，则采用这种无破坏试验方法。如果对构件密封性有特殊要求，进行密封性试验是适当的。5.2.4 外观检验（VT）外观检验时，涉及到无破坏试验。其分辨率与其使用的检验工具（例如，放大镜）有关10。外观检验在铸件的原（粗）轮廓上或加工面上进行。一般孔隙度的数值表示，不能用这种方法。为了使用无破坏试验方法：RT（透视试验）UT（超声波试验）LT（密封性试验）VT（外观检验），需要由特殊培训的人员进行。5.2.5 密封检验密封检验时，涉及到无破坏试验。这种方法只能确定所有构件的体积孔隙度部分。气孔大小和气孔位置，只能通过切割构件（破坏）求出。因为密封检验通常按阿基米德原理用水进行，所以，用这种方法不能用数值确定气孔。密封检验适用于作为生产最佳化的辅助手段（方法）5.2.6 磨片试验和切割试验磨片试验和切割试验是破坏性试验。这两种试验只能用作抽样试验。试验在一个锯切的粗磨削面、一个铣削或车削面或抛光磨片上进行。方法的分辨率与试验面的表面性质和使用的辅助工具（方法）有关。磨片试验和切割试验只能鉴定切割平面上的孔隙度。因此，试验仅适用于较高要求的构件范围。磨片试验是最具有说服力（构件范围）的试验方法，因为，该试验能提供准确的原因资料和提供孔隙度形式原因，以及其它的结构影响。这个方法的费用是昂贵的，为此，试验时应特别注意20、21。应注意，通过磨削、切割和抛光加工试样时，可能把气孔弄平。这可导致试验结果产生误差。6 图纸上的标注按5.1节说明，在图纸上对所有构件或规定范围规定气孔等级。6.1 集中标注按本规程，可根据5.1.1节规定的负荷形式S、D和G集中标注最大允许孔隙度（%）。对于气孔等级D1至D4，不允许集中标注。应把集中标注内容标注在图纸标题栏附近，同时，应说明负荷形式和最大允许气隙度。气隙度按VDG-规程P201（见5.1.4节）：A / B/ D / Z1 / / Zn示例（见5.1.4节示例2）：孔隙度：VDG-P201 S/5/2/C仅规定铸件（图纸）上经常出现的孔隙度进行集中标注。6.2 规定范围标注如果负荷形式或功能面要求，则应在规定范围进行标注。对于气孔等级D1至D4和负荷形式F，应进行规定范围标注（见5.1.1和5.1.2节）。孔隙度图示符号最大气孔直径最大允许孔隙度负荷形式补充示例（见5.1.4节示例3）在图纸标题栏附近，用集中标注（按6.1节）说明VDG-规程P201。7 参考文献说明、标准、规范1 DIN EN 1559-1供货技术条件-第1部分：一般规定DIN EN 1559-4供货技术条件-第4部分：铝合金铸件DIN EN 1559-5供货技术条件-第5部分：镁合金铸件DIN EN 1559-6供货技术条件-第6部分：对锌合金铸件的补充要求2 DIN EN 444无破坏性试验，金属材料的X射线和Y射线透视试验原理。3 DIN EN 12681铸造业-透视试验4 ASTM E 155-95铝和镁铸件检验的标准参考射线照片。5 ASTM E 505铝和镁铸件检验的标准参考射线照片。6 DIN EN 583-1无破坏性试验-超声波性试验-第1部分：一般原理7 DIN EN 1593无破坏性试验-密封试验-起泡试验方法8 DIN EN 1779无破坏性试验-密封性试验-试验方法选择准则9 ISO 10049铝合金铸件；鉴定气隙度的视觉（外观）检验10 ISO 3058无破坏性试验-视觉检验（外观检验）的辅助工具（手段）-放大显微镜选择11 ISO 10135工程（技术）图纸-模压件、铸件和锻件的简化表示。12 Sonsino，C.M.；Dietrich,K：孔隙度对铝铸造材料的振动强度特性的影响。13 铝-铸造材料小试样断裂韧性测定14 铝铸造合金的孔隙度对振动强度的影响15 Hck,M;Naundorf,H.;Schtz,W.:构件缩孔试样的机械破坏试验和裂纹扩展测量。16 Schindelbacher，G.：不同孔隙度对合金GD-AlS9Cu3机械性能的影响。17 Sonsino,C.M.;Ziese,J.:不同孔隙度的铝合金抗振强度。18 Ostermann,H.：铝合金开槽扁棒的抗振强度。19 Dieterich,K:高强度铝铸件的抗振强度20 Pries,H：确定铝压铸件气孔含量的图象分析应用。21 Pries,H；Helmke,E:确定铝压铸件气孔含量的图象分析应用。22 Merz,Klein,Badwidamann：压铸缺陷-铝目录23 Schumacher,F.;Widmaier,T:压铸缺陷-锌目录24 Rudat,M.：压铸件镁缺陷目录AiF-研究计划引自VDG-信息中心和压铸件缺陷目录。附录1其它缺陷定义A.1.1 低温流变点低温流变点是在铸件表面上表示不同充模流动过程极限的模型。A.1.2 粘附物（粘结点）粘附物是铸件表面上的凹痕，它由于撕下与表面粘附在一起的1个或多个薄层产生。粘附物通常出现在充模高温加热时。A.1.3 拉伸应变拉伸应变是局部的材料磨除量，它像刻痕和刮痕出现在铸件表面（平行于变形方向）上和在脱模时和拉出型芯时（由于材料相互摩擦）产生。A.1.4 毛刺毛刺有铸造毛刺和机械加工毛