鋁合金是汽車上應(yīng)用最快和最廣的輕金屬,，因?yàn)殇X合金本身的性能已經(jīng)達(dá)到質(zhì)量輕,、強(qiáng)度高、耐腐蝕的要求,。鋁合金通過(guò)強(qiáng)化合金元素使其強(qiáng)度大大提高,，由于質(zhì)輕、散熱好等特性,，完全滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞,、氣缸體和氣缸蓋在惡劣環(huán)境下的工作要求,。鋁合金氣缸體,、氣缸蓋壓鑄成形技術(shù)可以提高凈化,、精煉,、細(xì)化和變質(zhì)等材質(zhì)質(zhì)量控制，使得壓鑄鋁件
質(zhì)量達(dá)到一致性和穩(wěn)定性,。另外,，由于鋁合金密度低,，強(qiáng)度性能與灰鑄鐵相近，韌性卻高于灰鑄鐵,，且有良好的鑄造性能,，因此擴(kuò)大鋁合金應(yīng)用可以明顯減輕汽車的自重，降低能耗,。本文重點(diǎn)對(duì)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的壓鑄成形,，以及鋁合金水冷雙層排氣管的消失模鑄造成形工藝過(guò)程中的關(guān)鍵核心技術(shù)、鑄造的質(zhì)量問(wèn)題和處理措施等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,，希望對(duì)讀者有所借鑒,。
發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的鑄造在我國(guó)制造業(yè)中是難度較高的基礎(chǔ)制造技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體,、缸蓋鑄造成功率低,，設(shè)計(jì)和機(jī)械加工難度大,。壓鑄是最先進(jìn)的金屬成形方法之一,，是實(shí)現(xiàn)少切削,、無(wú)切削的有效途徑，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快,。目前壓鑄合金不再局限于有色金屬的鋅,、鋁,、鎂和銅,，已逐漸擴(kuò)大用來(lái)壓鑄鑄鐵和鑄鋼件。鋁壓鑄件
的尺寸和重量,，取決于壓鑄機(jī)的功率,。由于壓鑄機(jī)的功率不斷增大，鑄件尺寸可以從幾毫米到1~2m,；重量可以從幾克到數(shù)十公斤國(guó)外可壓鑄直徑為2m,、重量為50kg的鋁鑄件,。隨著鑄造的精密性,、質(zhì)量，以及可靠性,、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等要求越來(lái)越高,，壓力鑄造已從單一的加工工藝發(fā)展成為新興的綜合性的先進(jìn)工藝技術(shù)。鑄造的另外一種先進(jìn)技術(shù)一消失模鑄造,，其特點(diǎn)符合新世紀(jì)鑄造技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì),，消失模成形工藝可實(shí)現(xiàn)無(wú)余量、精確成形,、完全清潔生產(chǎn)，另外還具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自由度大,，不用起模,、合模，無(wú)砂芯,、組芯,，鑄件的尺寸精度高,，表面粗糙度低,，對(duì)工人要求低，以及勞動(dòng)條件好等特點(diǎn),。
壓鑄鋁合金缸體鑄造工藝性能是指在充滿鑄型,、結(jié)晶和冷卻過(guò)程中表現(xiàn)最為突出的那些性能的綜合,，如流動(dòng)性、收縮性,、氣密性,、鑄造應(yīng)力和吸氣性等,。鋁合金這些特性取決于合金的成分，但也與鑄造因素,、合金的加熱溫度,、鑄型的復(fù)雜程度、澆冒口系統(tǒng)及澆道形狀等有關(guān),。
流動(dòng)性是指合金液體充填鑄型的能力,。流動(dòng)性的大小決定合金能否鑄造復(fù)雜的鑄件,，在鋁合金-晶合金的流動(dòng)性最好。影響流動(dòng)性的因素很多,，主要是成分,、溫度,、合金液體中存在金屬和化合物，以及-污染物的固相顆粒,，但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力的高低,。實(shí)際生產(chǎn)中，在合金已確定的情況下,，除了強(qiáng)化熔煉工藝外,，還必須改善金屬型模具排氣及溫度,，并在不影響鑄件質(zhì)量的前提下提高澆注溫度，保證合金的流動(dòng)性,。
收縮性是鋁合金缸體鑄造的主要特征之一,。一般講，合金從液體澆注到凝固,，直至冷卻,，共分為三個(gè)階段，分別為液態(tài)收縮,、凝固收縮和固態(tài)收縮,。合金的收縮性對(duì)鑄件質(zhì)量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小,、應(yīng)力的產(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)中一般應(yīng)用線收縮來(lái)衡量合金的收縮性,。鋁合金收縮大，鋁鑄件產(chǎn)生裂紋與應(yīng)力的趨向越大,，冷卻后鑄件尺寸及形狀變化也越大,。
縮孔和疏松是缸體鑄件的主要缺陷之一，產(chǎn)生的原因是液態(tài)收縮大于固態(tài)收縮,。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),，鑄造鋁合金凝固范圍越小，越易形成集中縮孔凝固范圍越寬,，越易形成分散性縮孔,，因此，在設(shè)計(jì)中必須使鑄造鋁合金符合順序凝固原則,，即鑄件在液態(tài)到凝固期間的體收縮得到合金液的補(bǔ)充,。對(duì)易產(chǎn)生分散疏松的鋁合金鑄件，冒口設(shè)置數(shù)量比集中縮孔要多,，并在易產(chǎn)生疏松處設(shè)置冷鐵,，加大局部冷卻速度，使其同時(shí)或快速凝固,。
缸體鑄鋁件
熱裂紋的產(chǎn)生,，主要是由于鑄件收縮應(yīng)力超過(guò)了金屬晶粒間的結(jié)合力，大多沿晶界產(chǎn)生,，從裂紋斷口觀察可見(jiàn)裂紋處金屬往往變質(zhì),，失去金屬光澤,。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形,，表面較寬,，內(nèi)部較窄，有的則穿透整個(gè)鑄件的端面,。不同鋁合金鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向也不同,，這是因?yàn)殍T鋁合金凝固過(guò)程中開(kāi)始形成完整的結(jié)晶框架的溫度與凝固溫度之差越大,，合金收縮率就越大,，產(chǎn)生熱裂紋傾向也越大,，即使同一種合金也因鑄型的阻力、鑄件的結(jié)構(gòu),、澆注工藝等因素各異,，產(chǎn)生熱裂紋的傾向也不同。生產(chǎn)中常采用退讓性鑄型,，或改進(jìn)鑄鋁合金的澆注系統(tǒng)等措施,，使鋁鑄件避免產(chǎn)生裂紋。
鋁合金缸體氣密性是指腔體形鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度,，氣密性實(shí)際上表征了鑄件內(nèi)部組織致密與純凈的程度,。鑄鋁合金的氣密性與合金的性質(zhì)有關(guān)，合金凝固范圍越小,，產(chǎn)生疏松傾向也越?。煌瑫r(shí)產(chǎn)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(guān),，如降低鑄鋁合金澆注溫度,、加快冷卻速度,，以及在壓力下凝固結(jié)晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高,。
缸體鑄造應(yīng)力包括熱應(yīng)力,、相變應(yīng)力及收縮應(yīng)力三種。各種應(yīng)力產(chǎn)生的原因不盡相同,。熱應(yīng)力是由于鑄件不同的幾何形狀相交處斷面厚薄不均,、冷卻不一致引起的，在薄壁處形成壓應(yīng)力,，并導(dǎo)致在鑄件中形成殘留應(yīng)力,；相變應(yīng)力主要是鋁鑄件壁厚不均，不同部位在不同時(shí)間內(nèi)發(fā)生相變所致,；收縮應(yīng)力是鋁鑄件收縮時(shí)受到鑄型,、砂芯的阻礙而產(chǎn)生拉應(yīng)力所致，但收縮應(yīng)力是暫時(shí)的,，鋁鑄件開(kāi)型時(shí)會(huì)自動(dòng)消失,。若開(kāi)型時(shí)間不當(dāng)，則常會(huì)造成熱裂紋,，特別是金屬型壓鑄的鋁合金往往在收縮應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生熱裂紋,。鑄鋁合金件中的殘留應(yīng)力降低了合金的力學(xué)性能，影響鑄件的加工精度,。鋁鑄件中的殘留應(yīng)力可通過(guò)自然時(shí)效處理消除,。
壓鑄鋁合金缸體易吸收氣體，是鑄造鋁合金的主要特性,。液態(tài)鋁及鋁合金的組分與爐料、有機(jī)物燃燒產(chǎn)物及鑄型等所含水分發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的氫氣被鋁液吸收所致,。鋁合金溶液溫度越高,，吸收的氫也越多，在700℃時(shí),，每100g鋁中氫的溶解度為0.5~0.9cm3,，溫度升高到850℃時(shí)，氫的溶解度增加2~3倍,。當(dāng)含堿金屬雜質(zhì)時(shí),，氫在鋁液中的溶解度顯著增加。鑄鋁合金除熔煉時(shí)吸氣外,，在澆入鑄型時(shí)也會(huì)產(chǎn)生吸氣,，進(jìn)入鑄型內(nèi)的液態(tài)金屬隨溫度下降，氣體的溶解度下降,，析出多余的氣體,，有一部分逸不出的氣體留在鑄件內(nèi)形成氣孔，這就是通常稱的“-”。氣體有時(shí)還會(huì)與縮孔結(jié)合在一起,，即鋁液中析出的氣體留在縮孔內(nèi),。若氣泡受熱產(chǎn)生的壓力很大，則氣孔表面光滑,，孔的周圍有一圈光亮層,；若氣泡產(chǎn)生的壓力小，則孔內(nèi)表面多皺紋具有縮孔的特征,。鑄鋁合金液中含氫量越高,，鑄件中產(chǎn)生的-也越多。鋁鑄件
中-不僅降低了鑄件的氣密性,、耐蝕性,，還降低了合金的力學(xué)性能。要獲得無(wú)氣孔或少氣孔的鋁鑄件,，關(guān)鍵在于熔煉條件,。若熔煉時(shí)添加覆蓋劑保護(hù)，合金的吸氣量大為減少,；對(duì)鋁溶液作精煉處理,，可有效控制鋁液中的含氫量。
缸體采用真空壓鑄后可以進(jìn)行熱處理,，而高壓鑄造的鑄件一但熱處理就會(huì)鼓包,。一般高壓鑄造(俗稱壓鑄)的鋁合金件不能進(jìn)行T6處理，但低壓鑄造產(chǎn)品是可以進(jìn)行T6處理的,。擠壓或液態(tài)沖壓的鋁合金件可以進(jìn)行T6處理,；少數(shù)半固態(tài)壓鑄的鋁合金件也可以進(jìn)行T6處理(固溶處理+完全人工時(shí)效)。固溶處理就是淬火,，具體是鋁合金中合金元素都能溶于鋁,，形成以鋁為基的固溶體，它們的溶解度都隨溫度下降而降低,。將鋁合金加熱至較高溫度,，保溫后急速冷卻，可獲得過(guò)飽和固溶體,，這就是鋁合金固溶處理,。過(guò)飽和固溶體在常溫下放置或在高于常溫下保溫，將發(fā)生脫溶沉淀過(guò)程,，形成強(qiáng)化相,，大幅度提高合金強(qiáng)度。ADC12或A38,。高壓鑄造的鋁合金產(chǎn)品,，一般不能進(jìn)行T6處理,。
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