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铸铝件的材料成分、变质控制及净化处理同支腿垫块工艺设计特点{一}、铸铝件的材料成分、变质控制及净化处理
随着汽车排放标准的提升，降低汽车发动机排放、降低耗油、提高燃烧效率，都使汽车趋于轻量化，轻量化对于汽车业的发展具有重要意义。据统计，目前国内自主乘用车较国外同类车自重高约8%~10%，国内自主商用车较国外同类车自重高约10%~15%。若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%。
在材料方面，很多铸钢、铸铁类结构件、功能件正逐步被密度较小的铝合金或其他合金所替代，包括一些汽油发动机的缸体缸盖，尤其在新能源汽车上铝合金零件的占比越来越高。近年来，国内铸铝件铸造技术方面也取得了重大的进展和突破，为新能源汽车的发展提供了有力支撑。
铸铝件成型，主要有高压铸造、低压铸造和重力浇铸几种方式，他们都有各自不同的优缺点。而一些形状(尤其内腔形状)比较复杂的空腔、管类铸铝件，需要使用砂芯、盐芯、蜡模等消失心芯，一般采用重力浇铸。
合金成分对合金的组织和性能有很大的影响，合金成分控制也是合金处理过程中重要的工作之一。常规元素成分普遍采用直读光谱仪分析，能准确的把握合金的成分状态。
在铝硅合金中可以加入适量的微量元素以细化晶粒、增强其流动性，如钦、错、钒等元素的中间合金。
同时，细化晶粒还有改变合金的补缩能力、减少热裂倾向、改变合金电化学特性等作用。ZL104中的镁会通过MgSi2在铝基体中的沉淀作用对合金具有显著强化作用，控制镁的含量，可获得具有很好的塑性、抗拉强度和屈服强度等综合性能。
在铝合金的化学成分中常存在一些对合金性能有害的杂质元素，主要包括铁、锡、铅、钙等，其中影响较大的是铁。这些杂质元素可能是在合金熔炼的过程中从炉料引入，也有可能是从增锅或工具带入到合金中。
铝硅合金中铁主要以铁相硬而脆，往往以粗大的针状穿过相晶粒，削弱基体，降低铝硅合金性能。当铝硅合金中存在Fe相时，其表面氧 化膜将失去连续性，在晶界析出的铁相还会促使铝硅合金发生电化学腐蚀，从而使合金的抗蚀性能下降，因此对合金中的含铁量严加控制，并采用旋转通入影响变质工艺因素主要为:变质剂种类及用量、变质温度、变质时间。
变质剂种类及用量:应根据合金的种类、铸造工艺及对组织控制的具体要求，来选择合适的变质剂种类及用量。铸铝件铝合金变质处理常用的有Na变质、Sr变质、稀土变质等，我们采取综合性能较好的铭变质剂，并配合以钦中间合金作为细化剂使用。
在生产实践中，应考虑到变质剂反应可能进行不完全，所以变质剂用量不能过少，否则变质效果不好。
但变质剂用量也不宜过多，否则会产生过变质现象。因此，变质剂用量一般占炉料重量的0.2%~1.0%。
在生产中，通常加入0.5%就可以保证良好的变质效果。对于金属型铸造的铸铝件，变质剂用量可适当减少。
变质温度:铝液温度高些，对变质反应进行有利，变质速度快，效果好，但变质温度不能过高，否则会急剧增加的铝液的氧 化和吸气，并降低增锅的使用寿命。一般来说，变质温度应选择在稍高于浇注温度10℃为宜，这样避免了变质温度过高，可以减少变质后调整温度的时间，有利于提高变质效果和铝液的冶金质量。
变质时间:变质温度越高以及铝液和变质剂接触的状况越好，则所需的变质时间就越短。变质时间应按具体情况，在实验的基础上确定。变质时间太短，则变质反应进行不完全；变质时间过长，会增加变质剂的烧损，增加合金的吸气和氧 化。
{二}、压铸铝件支腿垫块工艺设计特点
该类压铸铝件一般要承受很大的载荷，且质量不能太大以便搬运，故产品一般要求采用金属型铸造工艺，但在实际生产中，浇、冒系统仍在砂型中形成。由于浇、冒系统一般设置在压铸铝件上方，而垫块类压铸铝件由于要承受载荷，内部有较多的隔板，结构较为复杂，这样金属液在顶注的情况下，型腔内会产生严重的紊流现象，氧 化夹杂较为严重。该类压铸铝件在工艺设计中要注意以下因素:一是铝合金铸件上平面要留有较大的加工余量以便尽可能去除浮在顶部的氧 化夹杂。二是对于隔板较多的大型压铸铝件，要避免产生浇不足缺陷，压铸铝件本身的排气是十分重要的。三是在采用金属型铸造顶注工艺时，在不便于设置足够冒口的情况下，可以在关键部位设置漏斗形浇道，随着浇道中液面不断下陷，进行多次补浇以达到充分补缩的效果。
用于铁路起重机的支腿垫块，材质为ZL104。该压铸铝件大端外径为φ850mm，小端外径为φ540mm，高度为208mm，小端平面厚度为15mm，隔板壁厚为12mm。在刚开始试生产时，按照通常情况，采用砂型铸造工艺，大端朝下，外层泥芯形成16个扇形空腔，内层泥芯形成含十字筋板的圆柱形空腔。小端上设置腰圆冒口3个。一组直浇道浇注，湿型干芯，无铸造缺陷。该产品毛坯质量为87kg，工艺出品率为73%。
用户在对砂型铸造的支腿垫块使用了一段时间后，为了提高产品的承压能力，修改了图纸的技术要求，要求采用金属型铸造工艺。于是采用大端朝上的顶注半金属型铸造工艺，16个扇形泥芯和圆柱形泥芯做成整体吊芯，将浇冒系统均设置在上箱。工艺设计时要注意处理好4个问题:一是大端上平面放加工余量8mm，这样能尽可能地将浮上来的氧 化夹杂通过加工去除掉。二是在压铸铝件大端上平面圆周上均布设置4个方冒口，其作用为:①凝固过程中进行补缩，②拼型时可以检查设置有浇注系统的上箱与金属型的定位是否准确。三是在压铸铝件隔板相交的16处中的8处(间隔取)的上方，设置出气冒口，有利于隔板的充型。四是把直浇道设计成漏斗形，尺寸为φ80mm/φ45mmx350mm，一方面可以减轻浇注过程中气体的卷入，另一方面便于后续的补浇过程。由于金属型的激冷作用，金属液浇入后，压铸铝件外层很快凝固，隔板在凝固过程中需较多的铝液进行补缩，于是浇道的金属液面不断下陷，故要不停地进行多次补浇，直到浇道液面不再下陷为止。金属型工作温度为90~120℃。该产品毛坯质量为90kg，工艺出品率为82%。
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