铸造铝合金与挤压型材缺陷分析及消除措施

CEPC中国昆山IWWWSTLJTCOM铸造铝合金与挤压型材缺陷分析及消除措施王荣滨南湾工具厂江西南昌330002【摘要】分析了铸造铝合金与挤压型材的常见缺陷，提出了消除措施。关键词铸造铝合金；挤压型材；缺陷分析；消除措施中图分类号TG162文献标识码B文章编号20110516187DEFECTANALYSISANDELIMINATIONMEASURESOFALUMINUMALLOYCASTINGANDEXTRUSIONSECTION【ABSTRACTTHECOMMONDEFECTSOFALUMINUMALLOYCASTINGANDEXTRUSIONSECTIONWEREANALYZED，PUTFORWARDELIMINATIONMEASURESKEYWORDSALUMINUMALLOYCASTING；EXTRUSIONSECTION；DEFECTSANALYSIS；ELIMINATIONMEASURES1引言随着高科技日新月异飞速发展，现代制造材料构成发生较大变化，高密度材料使用比例下降，低密度材料使用比例上升。轻金属材料应用范围不断扩大，向轻量化、高性能、多功能、环保、易成形再生和节能方向发展。铝合金材料的密度仅为271FFM，约为铁和铜的13，弹性模量是钢的13；铝合金抗拉强度只有钢的L4，但经过加工硬化和加入MN、SI、CU、MG、RE等微量合金元素后强度倍增，可达到中等强度钢的水平；铝合金与空气接触会自然形成一层致密的氧化膜，有很好的耐大气腐蚀能力和耐酸等有机物腐蚀，具有美观轻型化的特点；铝具有面心立方结构，有优良的加工成型性，可铸造、锻造、热处理强化、拉伸、挤压和各种冷切削加工；组织性能稳定，无同素异形转变，在零度以下强度、塑性有所增加；热导率是钢的4倍，切削速度是钢的5倍。因此，广泛应用于航天航空、军工、造船、矿山冶金等工业领域。为提高铝合金制品的质量，本文分析了铝合金铸造和挤压制品的缺陷及其消除措施。2铸造铝合金缺陷分析与消除措施铸造铝合金常见缺陷和消除措施有以下几种1硬质点。冷切削加工时铸件表面有灰黑色“硬质点”，导致刀具被崩裂损坏、铸件加工不良及报废。因杂质混入，生产中回收旧炉料并以一定比例重熔。由于铝液渗透到耐火材料衬体内部，促使耐火材料中的SIO被还原，生成游离态SI，反应式3SIO4AL2A103SI。因SI熔点高，当游离SI析出聚集，便形成SI颗粒“硬质点”。其次，因耐火材料受铝液长时间接触和冲刷，还原能力强的MG等合金元素易渗入耐火材料中，因被浸蚀而发生剥落，剥落的耐火材料的颗粒其体积密度与铝液接近，易渗入铝液中，便形成铝铸件“硬质点”。消除措施定期清理熔炉壁、保温炉、铝水包等炉壁和炉衬，防止不牢固的耐火材料颗粒和附在其上的SI颗粒混入铝液中；在耐火材料表面涂抹防渗剂，消除铝液和合金元素对耐火材料浸蚀等措施。2铸造裂纹。因铝合金铸件的形状复杂、厚薄不均，铸件在凝固结晶过程中，各部位冷却速度不一致而产生较大的内应力，当应力超过合金材料抗拉强度时，引起铸件被拉断。裂纹分为热裂纹和冷裂纹两种。热裂纹是沿晶开裂，开裂处被氧化呈黑色，形状不规则，一般呈锯齿状；冷裂纹沿晶内开裂，断口未氧化，呈折射状，模具制造2011年第12期75STL淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线051786299999NJWWWSTLEPCOM银色发亮。消除措施准确地控制合金化学成分和杂质含量，不得超标；避免熔体过热和铝液金属在炉内停留时间不宜过长；制定科学合理的铸造温度和铸造速度；液体金属流动和冷却应均匀；防止外来夹杂物掉人熔体内等措施。3花边状组织。边界晶粒呈波浪状、锯齿折线形花边，形状类似羽毛状铸造孪晶，断口呈条形或片形，纤维组织是相互平行呈薄片状。因化学成分调整不合适，熔体发生过热和停留时间过长，过滤管孔直径过细和铸造温度过高以及结晶过矮与变质细化剂失去作用等所致。消除措施严格控制铝合金化学成分和杂质含量，不得超标；科学合理地设计过滤系统与结晶装置；精确控制合金铸造熔炼温度和时间，避免熔体过热和停留时间过长，适时加入变质剂等措施。4光亮晶粒。当铝合金铸锭出现合金元素含量较低的贫乏熔体时，其晶粒粗大，呈树枝状网络稀薄色泽光亮一次晶粒，硬度低于正常组织。因在铸造过程中，漏斗温度低，在底部形成低成分固溶体一次晶的结构，按原成分不断长大，当重量达到一定程度时，便形成光亮晶粒，机械力学性能比正常晶粒低。消除措施漏斗材料导热性要好，表面应光滑，漏斗距底部高度适中，漏斗涂料应均匀；浇铸前预热漏斗和沉人金属液不宜过深；严格控制铸造温度，均匀平稳地供给铝液和避免漏斗底部粘上铝液等措施，能有效消除铝合金铸件出现光亮晶粒组织等缺陷。5浇铸不足。造成铸件产品不完整，因浇铸温度低，加快铸件凝固速度，铸件未浇满凝固成形，形成浇铸不足。因浇铸系统通道狭窄，铝液流量小，形成瓶颈；当浇铸流量小于铝液填充速度时，便形成浇铸不足，造成废品。消除措施重新设计和改进浇铸系统，加大铝液流量；预热模具，浇铸时避免铝液冷速过快；涂料在型腔分布应合理，厚度适中均匀，涂料不宜太薄；确保模具排气顺畅等措施，可有效消除浇铸不足形成的缺陷。6缩松。因铝液温度和浇铸温度过高，冷却速度缓慢，收缩量大，导致晶粒粗大，组织不致密，形成缩松铝合金铸件废品。消除措施改进设计和浇铸工艺，精心操作，控制好铝合金加热温度和浇铸温度；科学合理设计冒口寸；涂料不宜过薄或过厚，确保铸件收缩补给量；铸件设计尽量厚薄均匀和对称，能有效防止和避免缩松废品产生。7氧化夹渣与气孑L。因操作不当，铝液进入型腔时产生喷溅，形成气泡被包裹在铸件内部，使金属发生氧化，肜成氧化夹渣；当铝液中有大量体积小的氢气时，则会形成小规则的小气孔，多见于厚大的砂型铸件，急剧降低合金铸件物理、化学性能。消除措施精心操作，浇铸时铝液流速应平稳缓和，减少冲击力；宜采用蛇形浇口和底注式浇铸系统；严格检查炉料清洁度和制订合理的铝合金熔化温度及浇铸温度，进行精炼除气等措施，有效消除铸造铝合金组织缺陷，确保铝合金铸件质量符合技术条件和使用要求。上述是铝合金铸件7种常见的组织缺陷和有效的消除措施。下述是铝合金挤压型材的主要缺陷分析和消除措施。3铝合金型材缺陷分析与消除措施1挤压裂纹。铝合金不纯，杂质超标，热塑性差；铝坯加热温度偏高，晶粒粗化，从而使金属破断抗力降低；控温仪表失灵，挤压温度偏高，挤压速度太快，增大了挤压热塑性变形抗力；挤压塑性变形不均匀，表层金属承受较大的摩擦力和附加拉应力作用，挤压模工作带粘有金属和不光滑，挤压工具预热温度过低；当瞬时应力超过金属表层抗拉强度时产生撕裂，在外力作用下裂纹由表向内扩展直至断裂。预防和消除措施加强铝合金材质检查，杂质含量超标和原始组织不合格不投产；生产中严格检验控温仪表，控温精度达到2针对不同牌号的铝合金坯料，制定相应的合理加热温度、挤压速度、挤变形量，确保均匀加热、均匀热塑变形；试验表明，锭坯料预先均匀退火540C560C，保温68H后快76模具制造2011年第L2期。I1I一LCMPC中国昆山网址WWWSTLJTCORN速冷却可降低挤压力1525，提高挤压速度1015，显著增加热塑性，可有效防止挤压裂纹的产生。2起泡起皮。因铝合金坯料存在组织疏松、缩松、气孔、砂眼、内裂和粗晶等组织缺陷；挤压筒因长期使用而磨损严重，有污物、冲蚀、鼓突变形；挤压时筒内气体未排除干净，导致变形金属表层沿前端弹性区流出产生气泡；因铸锭、模具不清洁而带有水份，挤压时受热挥发成分气体，在高温高压的金属塑性流动中卷入型材表面形成气泡起皮；积压设备排气不正常与挤压速度太快，均会造成排气不畅；挤压筒预热温度过高；挤压筒与挤压垫严重磨损造成压配不当；挤压速度失控，铝金属充填过快，排气不畅；金属粘附于铝制品等原因均会导致铝制品起泡起皮，造成次品、废品。消除措施提高铝铸锭的质量，采用优质铝锭，严格材料入库检查与投产前的材质检验；及时更换严重磨损的挤压筒和挤压垫，挤压筒直径方向的磨损量要求不大于15MM，并保持清洁、光滑；调整和控制挤压机，均匀协调动作，制定合理的挤压速度和变形量，确保排气通畅；挤压筒预热温度应比铝坯加热温度低25C【35，确保排气装置正常工作；防止润滑剂过量，挤压筒和模具尽量不涂油并及时清除铝金属壳及腐蚀污物等措施，可有效防止和消除铝制品起泡起皮，达到质量指标。3过热、过烧。因铝铸锭常会粘附较多易燃物并使控温仪表失灵，从而导致加热温度过高，晶粒显著长大和晶界发生局部熔化和氧化，晶界结合力急剧降低，机械力学性能明显降低，脆性上升，韧性降低，使其机械力学性能下降，导致铝制品不能使用。消除措施选用高精度WJ一1型微机控制，可使精确控温精度达NI5CC；加强加热设备和挤压设备维修与样验，确保炉膛内各部位温度均匀一致；严格检查挤压坯料，不得有过量油污等易燃物，保持铝合金坯料清洁；制定先进的热加工工艺规程，避免铝制品过热、过烧，从而可确保铝制品的组织性能和表面质量。4塑性变形超差。因模具设计不良，悬臂太长，导致热挤压时铝合金塑性流动沿模具工作带表面流速前后相差悬殊，造成不均匀塑性变形，使铝制品形成波浪不对称扭曲变形；铝制品设计结构太复杂，壁厚相差悬殊，导致薄弱部刚性不足、局部应力集中、流速不均。若金属塑性变形中突然受阻，铝制品就会发生硬弯变形，导致堵模、闷车、形成扭拧波浪，使塑性变形超差，成为废品。消除措施精确设计模具和避免模具悬臂过大及安装导路挤压；严格控制挤压温度和挤压速度，确保加热铝合金塑性均速运动和中途不停车；合理准确计算坯料长度，避免余料；加强铝成品首件检查，发现问题及时维修设备，调整挤压温度、挤压速度及工艺参数，合理配合等措施，能有效避免铝制品塑性变形超差，达到优质高产。5擦伤和碰伤。铝铸锭有硬质点、夹杂物和化学成分偏析，这些坚硬的金属颗粒在挤压过程中对工作带造成严重损伤，导致挤压制品划伤；模具型面粗糙度大，有较深冷加工刀痕、磨痕和碰伤沟痕，破坏铝制品表面，成为凹凸印迹；模具红硬性不足，模面与约450500铝合金坯料接触，且闷模时间长，导致模具工作面硬度降低而软化；铝制品挤压时激烈的金属塑性流动与型腔发生强烈磨擦，将加深模面沟痕，使铝制品表面擦伤；挤压工模具装配不合理且间隙过大，导致热塑金属从模孔流出过程中表面与工模具及设备接触不良，从而形成擦伤；挤压工模具变形，有裂纹和出料有尖角、不光滑；当压形导管和道路装配不当，挤压筒内有金属壳氧化物、夹渣等异物进入模孑L工作带，导致铝制品伤痕。消除措施加强铝铸锭入库和投产前质量检查；对挤压工模具进行强硬化处理，增加型面硬度；选用精炼优质模具钢；提高红硬性和抗擦伤、抗粘结能力；适时抛光模具型面与工作带；确保工模具与挤压设备装配精度，经常润滑导路与导管和选择最佳工作带宽度等措施，可有效地防止和消除铝制品的擦伤和碰伤，确保表面质量。6焊合不良。因坯料表面有氧化物、污物及挤压残料未清理干净隔开焊缝，使挤压温度低，热塑性差，挤压速度过快、挤压力和挤压时间不足及焊合腔太小，模膛压力不足等因素引起焊合不良。由于上述因素引模具制造2011年第12期77STL淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线051786299999网址WWWSTLEPCOM起焊接不良，造成焊缝处机械力学性能下降，使铝制品服役时在外力作用下在焊缝处裂开，成为废品。消除措施采用先进的挤压设备、先进技术和工艺，并加强科学管理；正确合理设计模具，采用先进设备、新工艺，确保铝金属坯料塑性均匀流动焊合；不同铝金属牌号，制定出先进挤压温度和挤压速度；选择优质铝铸锭，并确保表面光洁无异物，挤压前清理干净金属表面等措施，可避免焊合不良，得到良好的焊缝和高的机械力学性能。7波纹与尺寸波动。因挤压机不稳定，严重抖动，金属不平衡流过模腔和铝制品厚薄悬殊，导致冷却不均匀，易形成制品表面波纹。当模具与挤压筒壁关系不当，导致挤压力与挤压速度变化，将引起铝制品厚薄不均和挤压长度不等，发生尺寸波动，严重影响制品质量和耐用度。消除措施维修好挤压机或更换新设备，确保精度无抖动，稳定性达到使用技术条件；校正和确保挤压工作带获得均匀热塑性流动和流量，精确控制冷速确保铝制品均匀冷却，避免产生铝制品波纹；选用一级优质铝锭，设计精密耐用的挤压模；确保挤压机液压系统无空气截留和挤压量及挤压速度均匀平稳等措施，能有效避免铝制品波纹形成与尺寸波动，确保铝制品优质高产、高效率。8组织线与模线及毛刺。因铝铸锭合金成份和结晶方式不同，形成不同晶粒度与不同结晶方向，铝铸锭若有折叠、夹渣时，因不适当从边缘间隙进料，铝金属强烈塑性流动等均会导致铝制品表面形成组织线条缺陷。因挤压力偏心造成铝金属坯料氧化皮及异物挤进工作带和模孔，或挤压筒间隙过大、坯料夹渣、过热、过烧与工作带长度等均会导致铝制品形成模线及毛刺，严重影响铝制品质量和耐用度。消除措施选用优质一级铝锭；最佳设计进料口，时挤压筒与挤压垫的最大问隙1SMM，提高工模具精度；加强首件铝制品检验，产生一定数量产品后，卸模抛光型面或更换新模，及时清理挤压筒与挤压垫中的氧化物金属壳及异物与污物；确保铝坯料清洁无异物及挤压模具精度与同心度等措施，可生产出无组织线、模线及无毛刺的优质铝制品。9叠层。铝铸锭存在折叠、分层和夹渣等铸造缺陷；挤筒与挤压垫严重磨损及模孔离挤压筒内壁太近和铝金属坯料从不适当边缘间隙进料；因挤压筒冲蚀和凸起或残留氧化金属壳过多及截