铝合金铸造技术篇

国兴金属制品有限公司教育训练教材

铝合金铸造技术篇

一、前言：

铝合金为目前使用极为广泛的一种金属。在铸造上而言，不论重力铸造，砂模铸造、压铸精密铸造┄等各种铸造方法均可见到大量的铝合金铸件，由于这些方法铸造，其原因乃在于铝合金具有质量轻、机械质优良、耐腐蚀、美观以及机械加工容易等优点。因而不仅大量使用于一般生活用品，例如：运输工具、通信器材、运动器材料、家庭五金┄等商业用途上，亦大量使用于航空太空载具及武器系统等军事装备。

铝合金铸造技术的发展时间，已有数十年历史，由于机械设计及加工观念的改变与要求以及机械设计的日趋复杂，加上新的合金不断的被发展出来，部份的铸造用铝合金机械强度甚至超过一些锻造用铝合金，如A201、A206等，因而铸造的重要性再度被肯定,在铸造一般生活用品时,铝合金的铸造并非一困难工作，但要铸造高品质的铸件时，则铝合金的铸造就非想象中的容易。

影响铸件品质的要素有八点，例如：铸造方案的设计，材料的选择以及铝水的品

质等，其中铝水的品质，则系熔炼的工作。

二、熔炼设备

熔炉:

铝合金熔炼用的炉子，以热源区分，可分为两个主要的种类：燃料及电力。

在使用燃料的熔炉中，则又分为油炉及瓦斯两种。

而电力炉则可区分为反应炉及电阻炉。

在选择炉子时，值得考虑的因素甚多，例如：熔解量的多寡；能源的价格；原始设备的成本，安装的价格，设备维护的难易，厂房设施配合；以及产品的种类。就一般铝合金铸造的：由于铝件的重量有限，为求操作上的方便，以及成本的考虑，绝大部份均系采用坩锅炉（目前已大量改用连续炉）。

以不同加热方式的炉子而言，使用油炉或气炉，或可降低成本。但是，不论油炉或电炉，均有机会增加铝水中的氢气量。一般而言，在使用油炉时，所使用的燃油中带含有10-20%的水气，对气炉而言，例如瓦斯不包含空气之中，因温度而含的水分，而仅计算燃烧所产生水蒸气，至少在消耗气体量的两倍以上。而不论使用燃油或瓦斯气体为热源时，燃烧后产生的水气，必然是包围着熔解炉。因此，可想而知的是氢气

的来源必然可观。

三、铝汤处理之目的：

在铝汤有由原材料在熔解过程中发生的氢气或氧化物等非金属介在物之外，尚含钠碱

性金属之不纯物，这些不纯物混入铸件时，不仅在铸件中产生针孔，使展伸材发生起

泡等表面缺陷而影响机械性，因此，铝汤处理目的即把上述不纯物在熔汤的阶段就除去或降低不纯物含量到能接受的范围内。

1、氢气

熔汤中之氢气的主要来源分为附着于放入熔解的原材料之水分燃油、气、燃烧气体中之水蒸气，铸材的水分等，和铝熔汤反应而进入铝汤中。

2、氢在铝水中的溶解量

熔炼环境中的水蒸气，是铝水中氢气重要来源之一，根据计算在温度25度，相对湿度80%时，每一立方公尺空气中，约含18的水蒸气，而水气在铝中的反应式为：3H2O+2Al=3H2 +Al2O3，由反应中产生的氢则为气孔的来源之一，而反应中产生的氧化铝则是渣的来源，二者均是铸件的缺陷，也是熔炼时所不希望得到的东西。

3、除气方法

在知道铝水中氢气的来源及其影响后，则熔炼时应尽量防止氢气的吸收，但无论如何防止，铝水多少总会吸收一部份的气体，此时，除气的工作即显出重要性。

通氮气

使用氮气除气的效果较氯气差，因为氮气除气的原理与其不同，氮气的作用为一种机械作用，利用产生的气泡，让铝中的氢，经扩散作用进入气泡，而后被带出铝水，因此，在使用时，气泡甚多则除气效果较佳，而要气泡量多则有赖于通气管之设计，通气管的材质常为石墨。以机械作用的原理除气，除了可以用氮气外，亦可用其他的气体，例如：氩气等惰性气体，但有鉴于价格的因素，仍以使用氮气为主，此外亦有人

使用氮气与氯气的混合气体。

四、浇道系统设计目的：

A、为了让金属液流经绕道系统进入模穴时，能减少乱流，由于铝液极易因乱流而形

成氧化渣及气体卷入金属液内而形成渣孔，气孔等铸造毛病。

B、减少卷气及模内气体陷入金属液内，当绕道系统设计不当时易于浇注过程中造成

低压地区而造成气体卷入或吸气作用。

C、当金属液流经绕道系统进入模穴时，能够达到减低金属液流速。如此才可以减少

模壁被铝水冲蚀现象，而且使得进入模内之渣及气泡易于往上浮，减少铸件缺陷。

D、使模穴能够快速填满，以便防止铝液局部先凝固现象,而造成水纹,冷接或滞流情

形。

E、造成良好之温度梯度，以便促进方向性凝固造成良好之补充效果，可以减少微缩

孔之情形。

F、提高铸件之成品率，良好之绕道系统设计可以达到以最少量之铝液铸造出高品质

之铸件，降低成本。

G、控制稳定之流速，可以减少因个人浇注技术之差异，而造成铸件品质不稳定现象。

目前为减少人为浇注技术及速度之差异，已大量采用ABB自动手臂浇注。

五、铝合金凝固特性：

A、铝液凝固过程中有形成糊状之特性，因此一般来说，冒口设计均比钢铁来得大。大

冒口可以帮助维持良好温度梯度，以便于补充铸件。

B、由于铝合金于凝固过程中，不易形成固化膜，因此任何部位局部过热均易造成表面

缩孔过热成因通常是太多金属液流经同一部位或者冒口太靠近铸件所致。

C、由于铝合金于凝固特性，所以要减少微缩孔，必须要有显著之温度梯度，一般说可

使用冷铁或利用肉厚差，才易达成。

六、铝合金铸疵分析

铝合金铸件常发生的疵病依类型大致可分为五类：

1、气孔

2、缩孔

3、夹渣

4、裂缝

5、外型铸疵

1、气孔

气孔为铝合金铸件最常见，最常发生，也是种类最多也最难完全克服铸疵。

依气孔的来源及形成的可分为三类：（A）空气孔（B）氢气孔（C）反应气孔

A、空气孔

空气孔此为铝合金经常发生的一种铸疵，且铝合金比重低所以空气很容易以机械混合的方式卷入铝合金熔液中，且空气一旦进入就很难突破出来。于铸造过程中如果铝合金在流入模穴的过程中产生乱流，便很容易将空气卷入铝水中，并随之进入模穴内形成空气孔。

空气孔的缺陷具下列特征：

a．空气孔的形状大致呈圆形，由断面观察气孔表面圆滑常附有氧化膜或浮渣。

b．空气孔的体积通常较大，于喷砂后可于铸件表面以肉眼很轻易观察到。

c．由于空气孔是在熔液凝固前被卷入，空气孔易向上浮升，所以空气孔发生的位置大都在上模面。

d．空气孔分布的位置与大小并无一定之类别，与流动的方向稍有关系，于靠近入水口的区域较常出现。气孔的分布与凝固方向无关，所以铸件薄区或有冷铁的区域也会出现空气孔。

e．空气孔铸疵的形态再现性很差，相同的铸件疵病的位置与分布并无一定的模式。 空气孔是由于机械式的混合作用所造成，所以要避免发生此种铸疵必须使铸入模穴的金属熔液尽量得保持平稳减少乱流的发生。

要达到这项要求必须由同样铸造方案设计，改善浇注方法及严格控制浇注技巧等项目上着手改进。