铸铝金具制造质量控制要点

铸铝金具创造质量控制

一、铸铝金具质量问题及主要原因

L铸铝金具常见的质量问题：

1）材质化学成份不合格；

2）铝铸造件表面浮现可见裂纹、冷隔、浇不足；

3）铝铸造件内部浮现气孔、疏松；

4）材料强度不符合要求。

2.材质化学成份不合格主要原因：

1）进厂的原材料成份不合格，没有经过检验检测就投入使用；

2）自己熔炼时各种原材料配置比例不合格，如硅（Si）、镁（Mg）等加入量太多或者太少;

3）加入的回炉料没有经过成份检测就投入使用；

4）回炉料中各种杂质，特殊是有害杂质铁（Fe）带入铝液中；

5）熔炼中熔炼炉没有清理干净（洗炉），不同牌号铝合金成份混杂；

6）各种熔炼工具、金属模等没有进行清理和喷刷涂料，有害杂质铁（Fc）带入铝液中。

7）熔炼温度过高、时间过长，导致实用元素烧损、杂质的增加。

3.铝铸造件表面浮现可见裂纹原因：

1）合金的铸造性能差，线收缩系数大，如纯铝；

2）浇注温度过高，而模具温度过低；

3）开模过早，铝液还没有凝固；

4）开模过迟，铸件对模具、芯棒的包裹力过大，导致脱模力过大。

5）模具补缩系统不良，对铸件的补缩不足

6）铸件壁厚相差过大。

4.铸件浮现冷隔、浇不足原因：

1）合金的铸造性能差，流动性差，如纯铝；

2）浇注温度过低或者模具温度过低；

3）模具排气不良；

4）模具设计不合理，压力头不足；

5）铸件壁厚太薄，不适合用重力铸造、砂模铸造；

6）铝合金液未进行变质处理，合金流动性差；

7）铝合金含硅（Si）低于标准值，合金流动性差。

5.铝铸造件内部浮现气孔、疏松原因：

1

1）铝合金熔炼时温度过高、时间过长或者铝锭受潮没有进行烘干，导致金属液吸入的氢气太多;

2）熔炼时铝液未进行精炼除气处理；

3）模具模具排气不良；

4）铝合金熔炼温度过高、时间过程、浇注时间迟延过长，导致金属氧化严重，炉气中有害气

体、杂质入侵增加；

6.材料强度不符合要求原因：

1）是铸件在铝液熔炼和浇注中各种问题引起；

材料强度是否符合标准要求是上述铸铝件各种质量问题综合的反映，如材质化学成份不合格；

铝铸造件表面浮现可见裂纹、冷隔、浇不足；铝铸造件内部浮现气孔、疏松等反映；

2）铝液没有经过变质细化处理；

3）铝合金热处理不当引起。

至于产品强度不符合要求还与产品设计有关。

二、铸铝金具质量问题解决对策

1.铸铝件材质化学成份不合格解决对策：

1）进厂的原材料成份必须经检验合格后才干入库，检验标准如下：

a）纯铝锭应符合标准GB/T1196《重熔用铝锭》；

表（1）常用《重熔用铝锭》化学成份（GB/T1196）

铝锭牌号质量分数（％）

AI2杂质W

S1be杂质总量

AI99.799.70.100.2D0.30

AI99.699.60.160.250.40

AI99.599.50.220.3D0.50

b）铸造铝合金锭应符合标准GB/T8733《铸造铝合金锭》，常用的有ZL101AD.ZL102D.ZL104D

表（2）常用铝合金锭主要化学成份（GB/T8733）

合金牌号合金代质量分数（％）

号主要元素杂质总量WAl

SiMnMgTiFe其

他

ZAlSi7MgZL101D5.5~7.50.旷0.50.4——余

2

量

ZAlSi7MgAZL1O1AD5.5~7.50.Co.50.08"0.12—氽

0.20量

ZA1SH2ZL102D10.0~0.60—余

13.0量

ZAlSi9MgZL1O4D8.0~10.50.20~0.500.20"0.45——余

0.35量

注：以上铝合金锭都是AI-Si系铝合金，主要特点是都含有硅(Si)元素，AI-Si系铝合金

中主要元素作用：

(1)硅(Si)元素：

当铝硅合金中含硅(Si)的质量分数在12.6%时，我们称其为“共晶铝硅合金”，当硅(Si)

的质埴分数V12.6%时称其为“亚共晶铝硅合金”，当硅(Si)的质量分数＞12.6%时称其为“过

共晶铝硅合金”。

因为硅(Si)元素在铝硅合金基体形成Al-Si共晶体，Al-Si共晶体的增加提高了合金的强

度和流动性、降低合金线收缩率、减小合金的热裂倾向。但随着Al-Si共晶体的增加，合金的可

切削性、伸长率、导电率、耐蚀性等都在降低。

当硅(Si)的质量分数＞12.6%,形成“过共晶铝硅合金”时，铝硅合金中浮现大量初晶硅，

粗大的初晶硅浮现严重割裂了基体，降低了铝硅合金的机械强度。从表列的四种铝硅合金可见，它

们的含硅量都在共晶与亚共晶的区间，这样能得到良好的铸造和力学综合性能。

(2)镁(Mg)元素：在铝硅合金中加入一定的镁(Mg)元素，形成Al—Si—Mg合金。Mg与Si

形成MgSi中间相化合物，在/Al-Si-Mg合金进行固溶处理和时效处理时，因MgSi中间相的作

22

用，能提高铝合金强度、硬度、流动性。当镁(Mg)元素含量达0.2%~0.5%时，铝合金的抗拉

强度有明显提高，但韧性降低；当镁(蛇)元素含量超过0.5%时则容易氧化，增大合金的粘模性、

并使合金的流动性变差。

表(2)所列的四种铝硅合金中ZLD102不含镁(Mg)元素，不呈现出热处理的强化效果外，

其余三种(ZLD1O1、ZLD1O1A、ZLD104)均含有镁(Mg)元素,所以都可以通过固溶(淬火)十时

效的热处理方法来提高合金的强度。

(3)铢(Mn)元素：在合金基体中形成MnAl的弥散质点，并阻挠再结晶的粗大化，有效地

6

细化再结晶晶粒，从而提高合金强度、耐热性、耐蚀性，减小粘模性。镒(Mn)元素并能与有害元

素铁(Fe)形成形成化合物，达到溶解杂质铁(Fe),减小杂质铁(Fe)的有害作用。但过多会使

合金产生硬化与脆性。

3

SiMgMnTi其他杂质Al

ZAISi7MgZL1016.5~7.50.25~余量

0.45

ZAISi7MgAZL1O1A6.5~7.50.25~0.08余量

0.45z

0.20

ZAlSil2ZL10210.0'余量

13.0

ZAISi9MgZL1048.0^10.50.170.2余量

0.350.5

表（4）用常铸造铝合金杂质允许含量（GB/1173）

合金牌号合金代主要元素，不大于％

号FeCuMgZnMnTiZrTiBe杂质总和

SJ+SJ

Zr

ZASi7MgZL1010.50.0.20.30.30.20.11.11.5

955

ZASi7MgAZL101A0.20.0.10.10.10.20.70.7

200

ZASil2ZL1020.71.0.30.10.10.50.22.02.2

000

ZASi9MgZL1040.60.0.10.20.10.11.11.4

955

GB/T1173《铸造铝合金》标准是用符合GB/T8733《铸造铝合金锭》标准进行熔炼（熔化）后

成铸件产品的化学成份，表（2）与表（3）比较只允许Mg有所烧损。表（2）与表（4）

比较允许铁（Fe）等杂质有所增加。因为这是客观的要求。但Mg的烧损量和Fe的增加量必须控制

在GB/1173标准之内。

没有标准规定“钝铝铸件”中允许Fe、Si等杂质可以增加量多少，因为钝铝;重熔用铝锭）

普通只是用来制作各种铝合金的原料或者压力加工（热、冷挤压、拉伸）成管、板、丝、带等。很

少直接铸造成产品。只能按《重熔用铝锭》（GB/T1196）标准规定的化学成份来检验钝铝铸件。但

5

“钝铝铸件”是由“重熔用铝锭”经过再熔炼而来，混入少量的Fe、Si等杂质也是必然的，用同

一纯

5

度等级的“重熔用铝锭”来熔炼出同一纯度的“钝铝铸件”是比较艰难的，惟独在熔炼过程对熔炼

炉中杂质进行清理，对熔炼工具进行清理和涂刷涂料等才有可能。普通可用高一纯度等级的“重熔

用铝锭”来熔炼低一纯度等级的“钝铝铸件”，如用99.7纯度等级的“重熔用铝锭”来熔炼99.5

纯度等级的“钝铝铸件”。压力加工不会带入Fe、Si等杂质。

表(5)用常铸造铝合金力学性能(GB/1173)

合金牌号合金代铸造方合金状力学性能。不低于

号法态抗拉强度。布氏硬度HBW

b伸长率bb

(MPa)(%)

ZASi7MgZL101S、JF155250

S、JT2135245

JBT4185450

ST4175450

J、JBT5205260

S15195260

SBT5195260

SB16225170

ZASi7MgAZL1O1AS14195560

J、JBT4225560

ST5235470

SBT5235470

J、BJT5265470

SBT6275280

JB、JT6295380

ZASil2ZL102SB、JBF145450

JF155250

SB、JBT2135450

JT2145350

ZASi9MgZL104S、JF150250

J112001.565

SB16230270

6

J、JBT6240270

注：1）铸造方法：s砂型铸造；J金属型铸造；B变质处于。

2）热处理状态：F―铸态；T1——人工时效；T2——退火；T4—固溶处理加自然时效;

T5—固溶处理加不彻底人工时效；T6—固溶处理加彻底人工时效。

特殊要关注有害元素铁（Fc）量是增加，如果增加要查明原因。

由于四种铝硅合金特性不同所以适合金具品种也不同，见表（6）：

表（6）四种铝硅合金特性比较及适合金具品种

合金代号主要特点适合金具品种

ZL101化学成份简单，铸造性能较好（与ZL104在电力金具创造中较少采

相近），可以热处理，力学性能中等。合用用,因为ZL101A、ZL102、

砂型和金属型，不适合用于压铸。适合工ZL104都可以取代。

作温度150℃以下。

ZL101A化学成份基本与ZL101相同，只增加了钛适合金属型铸造的各种大

（Ti）元素，含铁等杂质最低，可以热处载荷的悬垂线夹。

理强化，力学性能高，合用砂型和金属型，

不适合用于压铸。耐热强度低，适合作温

度150℃以下。

ZL102是铝硅二元合金，流动性、抗热裂性最好、适合压铸间隔棒的框架和

有很好的气密性，不可热处理达到强化，金属型铸造的载荷较低的

力学性能和切削性能较低，有集中缩孔倾悬垂线夹、变电站设备线夹

向。适合各种铸造方法，主要用于压铸。和管母线支座等。

耐热强度较高，适合工作温度200c以下。

ZL104有好的抗热裂性、气密性和流动性，可热适合压力铸造的各种线夹、

处理强化，力学性能仅处于ZL101A。适合和重力铸造的各种线夹。

各种铸造方法，主要用于压铸。耐热强度

低，适合工作温度185℃以下

2）自己熔炼时各种原材料配置比例应进行正确计算，计算方法见附录（D；

3）加入的回炉料没有经过成份检测，加入量按下表执行：

表（7）回炉料用量

铝合金料新铝合金锭一级回炉料二级回炉料三级回炉料

加入比例标准铝合金经过检测后化学成份不铝件加工

7

(%)锭化学成份符合格的浇口、屑，熔炉底

合标准的浇冒口、报废的料

口、冒口、报产品和砂型

废的产品。一浇口、冒口。

级回炉料可

以直接投入

熔炼。

60~7040~3000

二级回炉料与三级回炉料不能直接投入使用。应经过金化学成份检测后，进行重新配料熔炼（包

括精炼除气、扒渣等静化处理），熔炼后的铝液再经过金化学成份检测合格后注锭，并对注锭进行

化学成份标识。也可送到专业铝合金熔炼进行处理。

4）一种牌号的铝合金最好是专用熔炼炉进行熔炼，以免成份“污染”。没有条件时可用“洗炉”

方法加以解决，即熔炼过甲种铝合金的熔炼炉，要用来熔炼乙种铝合金时，在清理完成熔炼炉内甲

种铝合金液、炉底熔渣等杂质后，必须用乙种铝合金或者纯铝在此炉内熔炼一次，让其吸收、清除

掉甲种铝合金残留在炉内的合金元素，以免“污染”，确保乙种铝合金的化学成份。普通多用纯铝

进行“洗炉”，用量普通不少于炉子容量的40%。对熔炼甲种铝合金熔炉进行“洗炉”后的铝液

浇注成的铝锭，铝锭经成份检测后，可以用来熔炼甲种铝合金用。

5）在满足铸件充型的条件下，尽量降低熔炼温度和缩短熔炼时间，减小有害元素的吸入及有

用元素的烧损。

6）对熔炼工具、模具进行喷涂涂料，以免铝液增铁。

2.铝铸造件浮现的其他缺陷的解决对策：

铝铸造件浮现的可见裂纹、冷隔、浇不足、气孔、疏松等其他缺陷都与不正确的铸造工艺有关，

有些原因是交叉的，所以只能用阐明铝铸造正确的工艺来解决这些缺陷。

1）尽量避免用纯铝制作铸件，如果是必须的，应用低压铸造，以解决裂纹、冷隔、浇不足、

气孔、疏松等缺陷。

2）所有的铸件应正确设计铸造模具，使铸件有良好的浇冒系统和补缩系统。

目前电力金具生产厂家的重力铸造金属模、低压铸造金属模、压铸模都是委外加工，模具创造

厂的技术力量、加工能力有很大差别，因此必须委托技术力量和加工能力比较强度的厂家进行生产，

最好能委托有铸造模具摹拟软件（CAE）的创造厂家生产。铸造模具摹拟软件能摹拟铸造模具各种

工艺过程（充型、凝固、热传导等全过程，能准确预测浇不足、气孔、缩孔、疏松等缺陷，指导浇

冒系统的设计，从而保证模具质量，减少试模时间。

8

3）对模具、工具进行正确地喷涂涂料和合理的模具工作温度。

对模具、工具进行预热180℃~250℃,再喷涂“氧化锌10~20%+水玻璃4飞％+60℃~80℃

的热水（余量）”涂料。

金属模具的工作温度为：普通件250℃"350℃；薄壁复杂件350℃、400℃。

4）采用合理的浇注温度、熔炼时间、保温时间。

表（8）铝硅合金的浇铸温度

合金牌号铝合金液浇注温度（℃）熔炼时保温时

普通件薄壁复杂件间<⑴间<（t）

ZL101A690~730730^7804~62、3

ZL101690~730730~780

ZL102680~720720^750

ZL104680~720720^760

铝及铝合金熔炼温度过高、熔炼时间过长、保温时间过长等都会引起铝液中含气量增加、氧

化严重、杂质增加、有效成份烧损大、铝及铝合金晶粒粗大，强度下降。根据试验证明当铝及铝合

金液熔炼温度从700℃升到800C,铝及铝合金液中的含气量增加2~3倍摆布。所以在满足产品成

型的前提下，应采用较低的温度熔炼和液浇。熔炼时间与保温时越短越好。

5）采用合理的精炼工艺

精炼的目的是去除在熔炼过程中吸入铝液中的气体（主要是H）和氧化物（A10）及其他杂质，

223

达到纯化铝液的目的。因此“精炼”工艺也称“精炼净化”工艺。

纯铝可以用氯化锌进行精炼处理。纯铝氯化锌精炼工艺参数见表（9）

表（9）纯铝氯化锌精炼工艺参数

熔剂预热精炼铝液熔剂加入精炼时静止时

温度（℃）时间（S）温度（℃）:匕例％i司(min)间(min)

300^40010^20720^7400.2飞.310^1210^12

注：熔剂用刷有涂料并且进行预热的“钟罩”分2~3次压入铝液中（离锅底150〜2001nm）,

并进慢速先后、摆布挪移。

铝硅合金可以用六氯乙烷、氯化锌、四氯化碳等单一化学成份或者多种化学成份组成的多元（

二元、三元）精炼剂进行精炼处理。

有的生产厂家是多种功能的熔剂一一覆盖、精炼、变质三种功能或者精炼、变质两种功能混合。

我公司目前使用的是专业熔剂厂生产的“RJ10#双重复合变质熔剂”，是由钠盐、钾盐、钙盐、

氟盐、锯盐等多种化合物组成，具有除气、除渣、变质、莅盖同步进行的功能。按产品说明书说明，

9

“RJ10#双重复合变质熔剂”对铝合金的精炼工艺参数见表（10）

表（10）铝硅合金“RJ10#双重复合变质熔剂”工艺参数

熔剂预热精炼铝液熔剂加入精炼时静止时

温度（℃）时间（S）温度（℃）1匕例（%）司(min)间（min）

300~40010~20690~7400.8~1.010~125~8

刷有涂料并且进行预热的“钟罩”把熔剂分2~3次压入铝液中（离锅底150~200nlm）,并进

慢速先后、摆布挪移或者把熔剂均匀地撒在铝液表面。

用有精炼、变质双重功能的的熔剂进行处理后的金属液可以冉也不进行变质处理，而用精炼专

用熔剂进行精炼处理后必须进行变质处理。

我公司采用“RJ10#双重复合变质熔剂”处理后，又进行金属锢变质处理，我认为是多余的，

可以进行铸件试样的强度试验，来验证是否可以省去金属偲变质处理，以减少成本。

6）采用合理的变质工艺

铝合金变质的目的是细化铝硅合金中晶粒，提高铝合金强度。

铝硅合金中的Al-Si共晶体未经变质处理时的共晶硅是板片状，严重割裂基体，降低了合金

的强度和塑性，经变质处理后共晶硅变为细小纤维状或者点状，提高了铝硅合金的强度和塑性。因

此以上四种铝硅合金在熔炼时都必须加入变质剂进行变质处理来细化Al-Si共晶体中的共晶硅

来提高它们的强度。

未经变质处理的相经变质处理的相

图（）ZL102铝合金变质处理

常用的铝合金变质有“钠盐变质剂”和“金属锢变质”。“钠盐变质剂”的加入温度、加入质量、

变质时间、静上时间应按照厂家产品说明书规定进行。

目前用得最多是金属银变质处理。普通是把锢熔炼成熔点较低的“铝锯中间合金”。因为采用

金属银变质效果好、没有污染、作用时间长（有效时间可达61r8h）。Sr的加入量为铝合金总质量

的0.04%~0.05%,我公司是采用含锯（Sr）量为10%（9%~11%）的Al—Sr中间合金变质，

因此A1—S门0%中间合金加入量为铝合金总质量的0.4%~0.5%。

用“Al—SrlO%中间合金”变质工艺参数见表（11）

表（11）Al—SrlO%中间合金”变质工艺参数

变质铝液Al—SrlO%中变质时静止时

&&（℃）间合金加入比间（min）间（min）

例（％）

760^7800.4飞.510^1220~30

10

“RJ10#双重复合变质熔剂”说明书说明变质有效时间可以达4~5h。

7）采用合理的浇注工艺

铝铸件金属模重力铸造合理的浇注工艺，能提高金属液的充型能力、减少气体的卷入。

浇注工艺原则是：

a）浇注要平稳、连续、不断流；

b）浇注过程速度要求慢、快、慢的原则。

如果浇注不平稳、不连续、断流就会造成金属液卷入气体，铸件产生冷隔、浇不足等缺陷。

浇注过程速度要求“慢、快、慢”的原则，前“慢”一就是开始浇注时金属液要求沿着浇口壁

顺流而下，浇注速度要慢。这样金属液不会堵住浇口，有利于型腔中的气体排出；中“快”一当浇

道充满金属液后浇注速度要加快，提高金属液充能力，使金属液尽快充满型腔，减少浇不足、冷隔

等缺陷的产生；后“慢”一当型腔、浇道充满后，要放慢浇注速度，使浇（冒）口充满的时间相对

长些，有利于补缩。

8）控制好开模时间

开模过早，铝液还没有凝固，铸件会变形、开裂；升模过迟，铸件对模具、芯棒的包裹力过大。

导致脱模力过大和艰难，也会导致铸件变形、开裂。金属模重力铸造的开模时间应控制在当浇（冒）

口金属液凝固后就应该开模取件。

二、铝型材创造金具质量问题及主要原因

1.铝型材创造金具常见的质量问题：

1）型材化学成份不合格（材料强度不合格）；

2）型材尺寸不合格；

3）加工、焊接过程浮现的质量问题.

型材都是通过纯铝及其他铝合金通过挤压、轧制成型（变形铝合金），所以型材的内在质量合

格率比较高，不会存在气孔、疏松等质量问题，所以带来的质量问题比较少。因此在电力金具

DL/T757《耐张线夹》标准中明确规定压缩型耐张线夹铝管及引流线夹必须用变形铝及铝合金创造，

引流板必须用符合GB/T

3880标准的铝板创造。

在质量控制方面主要是加强对铝型材化学成份和尺寸的检验。

电力金具创造中常用的变形铝合金牌号主要是：纯铝1050A；铝合金6063；铝合金3A21等。

2.铝型材的主要质量标准

1）GB/T3190《变形铝及铝合金化学成份》；

2）GB/T3191《铝及铝合金挤压棒》；

11

3）GB/T6892《普通工业用铝及铝合金挤压型材》；

4)GB/T3880.1《普通工业用铝及铝合金板、带材第1部份:普通要求》；

5)GB/T3880.2《普通工业用铝及铝合金板、带材第2部份:力学性能》；

6)GB/T3880.3《普通工业用铝及铝合金板、带材第2部份：尺寸偏差》；

7）GB/T4437.1《铝及铝合金热挤压管第1部份无缝圆管》；

8）GB/T4437.2《铝及铝合金热挤压管第2部份有缝圆管》；

9）GB/T16475《变形铝及铝合金状态代号》；

3.主要使用的变形铝及铝合金化学成份要求

主要使用的变形铝及铝合金化学成份要求见表（12）

表（12）主要化学成份（％）（GB/T3190）

牌号SiFeCuMnMgTiCrZn其他Al

1050A0.250.400.050.050.050.05/0.070.0399.5

60630.20.350.100.100.45/0.10.10.15余量

z

0.60.9

3A210.60.70.21.00.050.15//0.10余量

z

1.6

1050A的含硅量与含铁量都比纯铝锭A199.5略有增加（Si=0.2%,Fe=0.3%）

在变形铝及铝合金中以合金中主要元素的含量来命名合金的牌号，方法如下：

表（13）变形铝及铝合金牌号

合金中含量最多的元素合金的牌号合金中含量最多的元素合金的牌号

纯铝1XXX镁5XXX

铜2XXX镁与硅6XXX

镭3XXX锌7XXX

硅4XXX其他8XXX

如1070A、1060、1050、1050A都是纯铝牌号,6061、6063、6A02、6082等都是含镁、硅铝合

金牌号，3003、3004、3104、3A21等都是含锌铝合金牌号。

4.变形铝及铝合金管的强度要求

1）变形铝及铝合金管的强度要求见表（14）和表（15）

表（14）变形铝及铝合金管的强度（MPa）（GB/T4437.2有缝圆管）

12

牌号供应状壁厚抗拉强屈服强度拉断后伸长率A

态度RR（%）

aro.2

1050A0所有60^100/23

H112所有602023

6063T4<12.51307012

>12.5~1256012

25

T6所有2051808

T5所有1601108

表（15）变形铝及铝合金管的强度（MPa）（GB/T4437.1无缝圆管）

牌号供应状壁厚抗拉强屈服强度拉断后伸长率A

态度RR（%）

PO.2

1050A0所有60100/23

H112所有602023

6063T4W12.51307011

>12.5~12560/

25

T6所有20517010

3A2111112所有______W165/16

2）变形铝及铝合金型材供应状态的代号详细说明见GB/T16475《变形铝及铝合金状态代号》，

基本代号意义如下：

F——自由加工状态；

0一退火状态；

H——加工硬化状态；（其中用12为经热加工成型，但不经冷加工而获得一些加工硬化的产品，

该状态产品对力学性能有要求）

T——热处理状态（有