铸造基础知识

2 精炼——除渣除气
氮气
• 氮气精炼温度
▫ 710~720℃
• 除渣
▫ 气泡在上升途中，夹杂物 便可能被吸附于气泡表面， 而与氢一起带出铝液表面
• 除气
▫ 通氮精炼时，氮气以气泡 形式存在于铝液中，铝液 中的氢会向氮气泡内扩散
氮气泡
夹杂物
铝液
H2
H2
N2
H2
H2
3 铸造
• 重力铸造
▫ 速度慢，无序凝固 ▫ 强度高、晶粒粗大 ▫ 根据零件要求需要进行变质处理、热处理等
铸造基础
铸造基础知识
铸造
➢铸造的分类 ➢铸造的基本工艺 ➢铸造的常见缺陷
• 压力铸造 • 除渣除气 • K模检验
铸造的分类
按照铸造工艺的不同， 一般分为三类：
▫ 重力铸造 ▫ 低压铸造 ▫ 高压（压力）铸造
铸造的分类
• 重力铸造
▫ 金属液用重力浇注法 浇入金属型
• 低压铸造
▫ 金属液在较低外界压 力作用下，从型腔底 部引入金属液，由下 而上地充填型腔
范围
发动机的 活塞和各 种壳体
低压 铸造
金属液在较低外界压 力（20-80kPa）作 用下，从型腔底部引
入金属液，由下而 上地充填型腔
高铸件质量；铸件补 坩埚和升液管长期与
缩效果好，致密度高、 金属液接触，易受侵
力学性能好；流动 蚀而报废；也会使金
性增加，有利于生产 属液因增铁而性能恶
复杂薄壁件
化
汽车轮辋、 发动机的 缸盖等
▫ 变质后：
σs＝ 180MPa δ＝ 8％
变质前 变质后
2 精炼——除渣除气
• 除渣除气
▫ 目的：除气、除渣以获得优 良的铝液
▫ 常用方法：往铝液中吹入惰 性气体，如氮气
• 夹渣来源
▫ 氧化铝、碳化铝、碳粒等 ▫ 来源于铝液氧化，回炉料、
燃料带入
• 气体来源
▫ 主要是氢 ▫ 来源于铝和水蒸汽的反应
高压泵支架B
高压油泵壳体
3 铸造——高压铸造
• 高压铸造
▫ 使液态合金在高压作用下，通过压铸机的压射冲头的运动， 以极高的速度，在极短的时间内充填到压铸模的型腔中，并 在高压下结晶凝固而形成铸件的过程。
• 特点
▫ 尺寸精度高、表面光洁、轮廓清晰 ▫ 组织致密、强度硬度较高 ▫ 生效效率高 ▫ 适用于形状复杂、大批量生产
高压 铸造
金属液在活塞的高压
下以较高的速度充
填铸型型腔，并在压 力作用下凝固
尺寸精度高，表面
光滑；强度和表面硬ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度高；可压铸形状复
杂的薄壁铸件；生 产效率高
内部易出现气孔缺陷； 不宜进行热处理和焊 接；充型对压铸模有 很大的冲击破坏力
水道总成、 正时链盖、 油底壳、 机油泵、 缸体等
案例
铸造工艺
成分
• 低压铸造
▫ 速度慢，有序凝固 ▫ 强度高 ▫ 根据零件要求需要进行变质处理、热处理等
• 高压铸造
▫ 速度快，效率高 ▫ 高速填充容易卷入气体，故铸件孔隙率较高，一般不进行热处理
3 铸造——高压铸造
• 高压铸造
▫ 发动机中大部分结构类零件，均为高压铸造
缸体
水道总成
EGR阀座
曲轴油封
油底壳
正时链盖
• 熔炼设备一般有： ▫ 火焰炉
火焰直接加热
▫ 感应炉
电磁感应加热
▫ 电阻炉
电阻元件热辐射加热
2 精炼——变质
• 变质处理原理
▫ 在铝液中加入变质剂后，增加了 铝液中的晶核数量，使晶粒数变 多、变细
▫ 晶粒细化有利于力学性能提升
• 右图为ZL102变质前后对比
▫ 变质前：
σb ＝140MPa δ＝ 3％
• 高压铸造
▫ 金属液在活塞的高压 下以较高的速度充填 铸型型腔(约0.5秒)， 并在压力作用下凝固
铸造的分类
方式
原理
重力 金属液用重力浇注 铸造 法浇入金属型
优点
较高的尺寸精度和较 低的表面粗糙度；组
织致密，具有较高 强度、硬度和耐磨
蚀性；
缺点
模具加工困难，周期 长，投资高；铸件外 形不宜太复杂；透气 性差，易引起铸件浇 不足、冷隔和针孔等 缺陷
注射速度：低速0.3m/s；高速3.2m/s
▫ 开模、顶出取件：打开模具，顶出铸件并取出 ▫ 除料饼、渣包：手工或设备把料饼、渣包除掉
3 铸造——高压铸造
• 高压铸造
▫ 常用压铸材料为HD2，JIS牌号ADC12，国产相当材为YL113，合金 牌号YZAlSi11Cu3，美国相当材牌号383
• HD2力学性能
欠铸
温度较低的金属流互相对接但未 铸件基体内存在有硬度高于金属
熔合而出现的缝隙，呈不规则的 基体的细小质点或块状物，使加
线形，有穿透的和不穿透的两种， 工困难，刀具磨损严重，加工后
在外力的作用下有发展的趋势
铸件上常常显示出不同亮度的硬
质点
金属液未充满型腔，铸件上出现 填充不完整的部位
4 常见缺陷
拉模
气孔
龟裂
顺着脱模方向，由于金属粘附， 模具制造斜度太小而造成铸件表 面的拉伤痕迹
卷入压铸件内部的气体所形成的 由于模具型腔表面产生热疲劳而
形状较为规则，表面较为光滑的 形成的铸件表面上的网状凸起痕
空洞 ，一般椭圆形状
3 铸造——高压铸造
3 铸造——高压铸造
• 高压铸造
▫ 喷脱模剂：喷洒脱模剂，同时给模具降温清洁，防止模具与铸件烧结
脱模剂喷射量：定模300cc，动模600cc
▫ 合模：闭合模具，形成密封型腔
合模力：2100吨
▫ 取汤、给汤：机械臂自动取汤，并注入压注室 ▫ 注射：先低速把铝液充满压注室，再高速把铝液压入型腔
▫ 抗拉强度 ≥230 Mpa ▫ 伸长率 ≥1% ▫ 布氏硬度 ≥80
• HD2元素成分
JIS牌号 HD2
Cu
1.53.5
Si
9.612.0
Mg
0.3 以下
Zn
1.0 以下
Fe
1.3 以下
Mn
0.5 以下
Ni
0.5 以下
Sn
0.2 以下
Pb
0.3 以下
Ti
0.2 以下
Al 余量
4 常见缺陷
冷隔
夹杂
除渣除气
内部缺陷
力学 金相
熔炼
精炼
铸造
去毛刺
机加
热处理
变质处理
（根据产品需求）
重力铸造 低压铸造 高压铸造
含氢量 含渣量
固溶、时效
（根据产品需求）
具体工艺
检测项目
1 熔炼——准备
• 干燥
▫ 精炼剂、变质剂的干燥 ▫ 炉子的清洗与干燥 ▫ 炉料的烘干300~350℃、2h
• 工具准备
▫ 生产工具刷涂料
• 回炉料
▫ 回炉料的粉碎 ▫ 回炉料与新料的配比
回炉料包括料饼、浇道、飞边 毛刺、切削渣料等
• 熔炼前干燥不彻底会 引入水气，最终导致 铝液中氢含量增加
• 生产工具一般为铁制， 加刷涂料以防铁料熔 入铝液中，形成杂质
• 根据回炉料的来源不 同，进行等级分类；
• 等级不同，配比不同
1 熔炼——设备