鋁合金鑄造，六大工藝性能

1.收縮性

收縮性是鑄造鋁合金的主要特徵之一。一般講，合金從液體澆註到凝固，直至冷到室溫，共分為三個階段，分別為液態收縮、凝固收縮和固態收縮。合金的收縮性對鑄件質量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小、應力的産生、裂紋的形成及尺寸的變化。通常鑄件收縮又分為體收縮和線收縮，在實際生産中一般應用線收縮來衡量合金的收縮性。

　　鋁合金收縮大小，通常以百分數來錶示，稱為收縮率。

　　（1）體收縮體收縮包括液體收縮與凝固收縮。

　　鑄造合金液從澆註到凝固，在最後凝固的地方會出現宏觀或顯微收縮，這種因收縮引起的宏觀縮孔肉眼可見，並分為集中縮孔和分散性縮孔。集中縮孔的孔徑大而集中，並分佈在鑄件頂部或截麵厚大的熱節處。分散性縮孔形貌分散而細小，大部分分佈在鑄件軸心和熱節部位。顯微縮孔肉眼難以看到，顯微縮孔大部分分佈在晶界下或樹枝晶的枝晶間。

　　縮孔、疏鬆是鑄件的主要缺陷之一，産生的原因是液態收縮大於固態收縮。生産中發現，鑄造鋁合金凝固範圍越小，越易形成集中縮孔，凝固範圍越寬，越易形成分散性縮孔，因此，在設計中必須使鑄造鋁合金符合順序凝固原則，即鑄件在液態到凝固期間的體收縮應得到合金液的補充，是縮孔和疏鬆集中在鑄件外部冒口中。對易産生分散疏鬆的鋁合金鑄件，冒口設置數量比集中縮孔要多，並在易産生疏鬆處設置冷鐵，加大局部冷卻速度，使其同時或快速凝固。

　　（2）線收縮線收縮大小將直接影響鑄件的質量。線收縮越大，鋁鑄件産生裂紋與應力的趨嚮也越大；冷卻後鑄件尺寸及形狀變化也越大。

　　對於不同的鑄造鋁合金有不同的鑄造收縮率，即使同一合金，鑄件不同，收縮率也不同，在同一鑄件上，其長、寬、高的收縮率也不同。應根據具體情況而定。

　2.鑄造應力

　　鑄造應力包括熱應力、相變應力及收縮應力三種。各種應力産生的原因不盡相同。

　　（1）熱應力熱應力是由於鑄件不同的幾何形狀相交處斷麵厚薄不均，冷卻不一緻引起的。在薄壁處形成壓應力，導緻在鑄件中殘留應力。

　　（2）相變應力相變應力是由於某些鑄鋁合金在凝固後冷卻過程中産生相變，隨之帶來體積尺寸變化。主要是鋁鑄件壁厚不均，不同部位在不同時間內發生相變所緻。

　　（3）收縮應力鋁鑄件收縮時受到鑄型、型芯的阻礙而産生拉應力所緻。這種應力是暫時的，鋁鑄件開箱是會自動消失。但開箱時間不當，則常常會造成熱裂紋，特別是金屬型澆註的鋁合金往往在這種應力作用下容易産生熱裂紋。

　　鑄鋁合金件中的殘留應力降低了合金的力學性能，影響鑄件的加工精度。鋁鑄件中的殘留應力可通過退火處理消除。合金因導熱性好，冷卻過程中無相變，隻要鑄件結構設計合理，鋁鑄件的殘留應力一般較小。

　3.吸氣性

　　鋁合金易吸收氣體，是鑄造鋁合金的主要特性。液態鋁及鋁合金的組分與爐料、有機物燃燒産物及鑄型等所含水分發生反應而産生的氫氣被鋁液體吸收所緻。

　　鋁合金熔液溫度越高，吸收的氫也越多；在700℃時，每100g鋁中氫的溶解度為0.5～0.9，溫度升高到850℃時，氫的溶解度增加2～3倍。當含堿金屬雜質時，氫在鋁液中的溶解度顯著增加。

　　鑄鋁合金除熔煉時吸氣外，在澆入鑄型時也會産生吸氣，進入鑄型內的液態金屬隨溫度下降，氣體的溶解度下降，析出多餘的氣體，有一部分逸不出的氣體留在鑄件內形成氣孔，這就是通常稱的“針孔”。氣體有時會與縮孔結合在一起，鋁液中析出的氣體留在縮孔內。若氣泡受熱産生的壓力很大，則氣孔錶麵光滑，孔的周圍有一圈光亮層；若氣泡産生的壓力小，則孔內錶麵多皺紋，看上去如“蒼蠅腳”，仔細觀察又具有縮孔的特徵。

　　鑄鋁合金液中含氫量越高，鑄件中産生的針孔也越多。鋁鑄件中針孔不僅降低了鑄件的氣密性、耐蝕性，還降低了合金的力學性能。要獲得無氣孔或少氣孔的鋁鑄件，關鍵在於熔煉條件。若熔煉時添加覆蓋劑保護，合金的吸氣量大為減少。對鋁熔液作精煉處理，可有效控製鋁液中的含氫量。

4.流動性

　　流動性是指合金液體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鑄造複雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性較好。

　　影響流動性的因素很多，主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他汙染物的固相顆粒，但外在的根本因素為澆註溫度及澆註壓力（俗稱澆註壓頭）的高低。

　　實際生産中，在合金已確定的情況下，除了強化熔煉工藝（精煉與除渣）外，還必須改善鑄型工藝性（砂模透氣性、金屬型模具排氣及溫度），並在不影響鑄件質量的前提下提高澆註溫度，保證合金的流動性。

5.熱裂性

　　鋁鑄件熱裂紋的産生，主要是由於鑄件收縮應力超過了金屬晶粒間的結合力，大多沿晶界産生從裂紋斷口觀察可見裂紋處金屬往往被氧化，失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形，錶麵較寬，內部較窄，有的則穿透整個鑄件的端麵。

　　不同鋁合金鑄件産生裂紋的傾嚮也不同，這是因為鑄鋁合金凝固過程中開始形成完整的結晶框架的溫度與凝固溫度之差越大，合金收縮率就越大，産生熱裂紋傾嚮也越大，即使同一種合金也因鑄型的阻力、鑄件的結構、澆註工藝等因素産生熱裂紋傾嚮也不同。生産中常採用退讓性鑄型，或改進鑄鋁合金的澆註係統等措施，使鋁鑄件避免産生裂紋。通常採用熱裂環法檢測鋁鑄件熱裂紋。

6.氣密性

　　鑄鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性實際上錶徵了鑄件內部組織緻密與純淨的程度。

　　鑄鋁合金的氣密性與合金的性質有關，合金凝固範圍越小，産生疏鬆傾嚮也越小，同時産生析出性氣孔越小，則合金的氣密性就越高。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞，還與鑄造工藝有關，如降低鑄鋁合金澆註溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。