铝合金铸造技术

铝合金铸造技术
铝合金铸造技术（教材
第一章
铝合金的铸造性能
特性
铸造铝合金是用途最广泛的铸造合金之一，通常认为其铸造性能最好。

铝可采用多种常用铸造方法进行铸造，而且利用金属模或安装在自动机械上的模具可实现大批量，低成本铸件的成产。

铝也可采用砂型铸造，壳型铸造，离心铸造，熔模铸造，实型铸造以及石膏型铸造等方法进行铸造生产，可一模单件或多件。

作为铸造材料，铝合金具有如下优点：
流动性好―这对铸件薄壁部位的充填非常重要
熔点低―与其它许多金属相比，铝合金只需要较低的熔化和浇注温度；密度小―与铸造黑色金属相比，铝合金的重量较轻，铸造操作方便；热交换快－铝液与模具之间传热快，金属型铸造生产节奏快；
化学再生性能好－化学稳定性相当好；
铸态表面质量好－表面有光泽且无缺陷（图1-2）
与大部分其它常用结构金属相比，铸造铝合金的操作温度低得多（1200－1400℉，650-760℃）。

在砂型铸造中，铝浇注温度低，砂子老化程度小，这样可减少与砂有关的诸多问题。

型砂寿命延长就可重复使用，而加入的新砂只是用来补偿力学和热损失。

操作温度低，了铝液的操作方便，熔化装置所需的维护减少。

浇注温度低也使铝能够采用石膏模进行铸造。

铝最有用的铸造特性之一是其比重小。

由于重量轻，使小型铸件和许多中型铸件能够采用手工浇包进行浇注，只有特大的铸件才需用机械浇包或坩锅进行浇注。

由于铝的密度和浇注温度较低，这样在铸造铝时基本不产生浇注重金属时普通存在的冲砂问题。

而且，由于铝液对铸型产生的压力较低，因此可以使用紧实度较低，透气较好的铸型和较轻的造型设备。

中，小型铸件在浇注时可以不放置压铁。

在铝铸造生产中，通常使用活箱造型而且浇注时不采用地坑支撑型模。

铝比重小也带来了一个缺点，这就是比重与非金属夹杂物（如氧化物）的比重相近，这样在铝的熔化和浇注操作中将杂质和铝分离通常要比杂质和重金属分离花费更多的精力。

铝合金在冷却过程中的收缩较大，包括从浇注温度降到凝固温度期间的液态收缩，凝固期间的凝固收缩以及铸件凝固后冷却到室温期间的固态收缩，其总的收缩量约为6.5-8.5%.因此在设计模样和工装设备时要留出余量，以确保能够生产出达到尺寸公差要求的铸件。

熔化材料的品种，所采用的熔化设备和铸造方法直接影响着铸件的成本和质量。

由于铝合金液容易吸氢和氧化，因此为获得最佳产品必须采用合理的铸造工艺。

溶于液态铝而基本不溶
于固态铝的氢气是造成铝铸件中大多数气孔的原因。

当含氢的铝液凝固时，氢气就要从铝液中析出，在铸件中形成气孔。

铝的吸气量随着温度的升高，液态下保温时间的加长以及与燃烧产物的接触而增加。

铝液周围空气中及熔化炉燃料产物的接触而增加。

如果型砂中的潮气过多也可引起吸气。

同样，铝锭或其它金属炉料上吸附的潮气或其它氢化合物（例如，油）也可增加铝液中氢的含量。

加炉料前将其预热到900℉（480℃）可大大减少氢的来源。

铝液表面被一层氧化物所覆盖，只要这个氧化物层不被破坏，铝液的吸气速率会很低，而且也会抑制进一步的氧化。

铝熔化炉的吸氢和氧化应尽量小，它应具有能够最经济地提供充足铝液的容量。

熔化炉的正常运作需要良好的温度控制。

过高的熔化温度和处理温度会造成晶粒粗大，气孔和夹渣等铸造缺陷。

消失模铸造（EPC）是最近发展起来的一种新工艺。

在EPC中，利用放入疏松干砂中的膨胀聚苯乙烯模型造型，可进行铸件的大批量生产。

这种工艺也可在无型芯条件下生产出形状复杂的铸件，因而增强了铸铝的竞争能力。

铝液的这些优点使铝非常适合于采用由钢铁材料制成的金属模或压铸模进行铸造。

在金属型重力铸造中，铝液由模具顶部的浇口浇入，在自身重量（重力）的作用下充满型腔。

低压金属型铸造是在金属重力铸造基础上发展起来的一种方法。

在此方法中，模具放置在密封保温炉上面，升液管从炉中金属液面下伸到模具型腔底部，通过在密封炉中熔体液面上施加少许气体压力，使金属液沿升液管进入型腔。

在低压铸造基础上稍作改动，就可利用电磁泵代替密封，加压炉从型腔底部实现填充。

在压铸过程中，铝液是在液压驱动活塞产生的高压作用下射入模具（压铸模）型腔的。

当自动化达到一定程度后，这些方法为铝铸件的大批量生产提供了保障，金属模和压铸模可用来生产成千上万的铸件。

铸造合金的选择
有很多种合金都适用于铸造工业，这些铸造合金的性能可满足几乎所有的应用需求。

由于每种合金和铸造方法各有特点，所以对于某一应
用，选出最合适且最经济的铸造合金取决于多种因素。

由于强度较低且铸造性能有限，所以纯铝在电动机转子和其它一些需要高导电率的零部件上的应用受到了极大的限制。

对铝进行合金化后，其力学性能和铸造性能均得到明显改善。

因此，所有实用的铸造铝合金都含有不同含量的合金元素，每种合金均具有能够足其不同应用需要的性能。

选择合金和最经济的铸造方法时，必须考虑铸造厂的能力，合金
的力学和物理性能以及零部件
的使用场合，应选择能使铸件在应用中所需的各种性能达到最佳配合的合金。

考虑了所有要求之后，所选择的合金应具有以下特点：
在所选铸造工艺中具有优良的铸造性能
在使用条件下的力学和其它性能的配合应满足要求；
在整个服役期内具有稳定的力学性能；
在应用中具有足够的耐腐蚀性能；
如果需要的话，应具有令人满意的加工性能，良好的致密性及精加工性能。

成品的成本取决于以下因素：所选合金及铸造工艺的技术要求铸件的生产数量
所采用的生产工艺
零件的复杂程度；
尺寸精度的要求；
检测和质量控制标准的要求；。