在鑄造合金中，鑄造鋁合金的套用最為廣泛，是其他合金所無法比擬的，鋁合金鑄造的種類如下：由於鋁合金各組元不同，從而表現出合金的物理、化學性能均有所不同，結晶過程也不盡相同。故必須針對鋁合金特性，合理選擇鑄造方法，才能防止或在許可範圍內減少鑄造缺陷的產生，從而最佳化鑄件。
基本介紹
- 中文名：AI-Zn系鑄造鋁合金
- 外文名：Ai-zn cast aluminum alloy
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
鑄造概論,鋁合金鑄造工藝性能,砂型鑄造,金屬型鑄造,
鑄造概論
在鑄造合金中，鑄造鋁合金的套用最為廣泛，是其他合金所無法比擬的，鋁合金鑄造的種類如下：
由於鋁合金各組元不同，從而表現出合金的物理、化學性能均有所不同，結晶過程也不盡相同。故必須針對鋁合金特性，合理選擇鑄造方法，才能防止或在許可範圍內減少鑄造缺陷的產生，從而最佳化鑄件。
鋁合金鑄造工藝性能
鋁合金鑄造工藝性能，通常理解為在充滿鑄型、結晶和冷卻過程中表現最為突出的那些性能的綜合。流動性、收縮性、氣密性、鑄造應力、吸氣性。鋁合金這些特性取決於合金的成分，但也與鑄造因素、合金加熱溫度、鑄型的複雜程度、澆冒口系統、澆口形狀等有關。
(1) 流動性
流動性是指合金液體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鑄造複雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性最好。
影響流動性的因素很多，主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他污染物的固相顆粒，但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力（俗稱澆注壓頭）的高低。
實際生產中，在合金已確定的情況下，除了強化熔煉工藝（精煉與除渣）外，還必須改善鑄型工藝性（砂模透氣性、金屬型模具排氣及溫度），並在不影響鑄件質量的前提下提高澆注溫度，保證合金的流動性。
(2) 收縮性
收縮性是鑄造鋁合金的主要特徵之一。一般講，合金從液體澆注到凝固，直至冷到室溫，共分為三個階段，分別為液態收縮、凝固收縮和固態收縮。合金的收縮性對鑄件質量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小、應力的產生、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，在實際生產中一般套用線收縮來衡量合金的收縮性。
鋁合金收縮大小，通常以百分數來表示，稱為收縮率。
①體收縮
體收縮包括液體收縮與凝固收縮。
鑄造合金液從澆注到凝固，在最後凝固的地方會出現巨觀或顯微收縮，這種因收縮引起的巨觀縮孔肉眼可見，並分為集中縮孔和分散性縮孔。集中縮孔的孔徑大而集中，並分布在鑄件頂部或截面厚大的熱節處。分散性縮孔形貌分散而細小，大部分分布在鑄件軸心和熱節部位。顯微縮孔肉眼難以看到，顯微縮孔大部分分布在晶界下或樹枝晶的枝晶間。
縮孔和疏鬆是鑄件的主要缺陷之一，產生的原因是液態收縮大於固態收縮。生產中發現，鑄造鋁合金凝固範圍越小，越易形成集中縮孔，凝固範圍越寬，越易形成分散性縮孔，因此，在設計中必須使鑄造鋁合金符合順序凝固原則，即鑄件在液態到凝固期間的體收縮應得到合金液的補充，是縮孔和疏鬆集中在鑄件外部冒口中。對易產生分散疏鬆的鋁合金鑄件，冒口設定數量比集中縮孔要多，並在易產生疏鬆處設定冷鐵，加大局部冷卻速度，使其同時或快速凝固。
②線收縮
線收縮大小將直接影響鑄件的質量。線收縮越大，鋁鑄件產生裂紋與應力的趨向也越大；冷卻後鑄件尺寸及形狀變化也越大。
對於不同的鑄造鋁合金有不同的鑄造收縮率，即使同一合金，鑄件不同，收縮率也不同，在同一鑄件上，其長、寬、高的收縮率也不同。應根據具體情況而定。
(3) 熱裂性
鋁鑄件熱裂紋的產生，主要是由於鑄件收縮應力超過了金屬晶粒間的結合力，大多沿晶界產生從裂紋斷口觀察可見裂紋處金屬往往被氧化，失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形，表面較寬，內部較窄，有的則穿透整個鑄件的端面。
不同鋁合金鑄件產生裂紋的傾向也不同，這是因為鑄鋁合金凝固過程中開始形成完整的結晶框架的溫度與凝固溫度之差越大，合金收縮率就越大，產生熱裂紋傾向也越大，即使同一種合金也因鑄型的阻力、鑄件的結構、澆注工藝等因素產生熱裂紋傾向也不同。生產中常採用退讓性鑄型，或改進鑄鋁合金的澆注系統等措施，使鋁鑄件避免產生裂紋。通常採用熱裂環法檢測鋁鑄件熱裂紋。
(4) 氣密性
鑄鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性實際上表征了鑄件內部組織緻密與純淨的程度。
鑄鋁合金的氣密性與合金的性質有關，合金凝固範圍越小，產生疏鬆傾向也越小，同時產生析出性氣孔越小，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，如降低鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。
(5) 鑄造應力
鑄造應力包括熱應力、相變應力及收縮應力三種。各種應力產生的原因不盡相同。
①熱應力
熱應力是由於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。在薄壁處形成壓應力，導致在鑄件中殘留應力。
②相變應力
相變應力是由於某些鑄鋁合金在凝固後冷卻過程中產生相變，隨之帶來體積尺寸變化。主要是鋁鑄件壁厚不均，不同部位在不同時間內發生相變所致。
③收縮應力
鋁鑄件收縮時受到鑄型、型芯的阻礙而產生拉應力所致。這種應力是暫時的，鋁鑄件開箱是會自動消失。但開箱時間不當，則常常會造成熱裂紋，特別是金屬型澆注的鋁合金往往在這種應力作用下容易產生熱裂紋。
鑄鋁合金件中的殘留應力降低了合金的力學性能，影響鑄件的加工精度。鋁鑄件中的殘留應力可通過退火處理消除。合金因導熱性好，冷卻過程中無相變，只要鑄件結構設計合理，鋁鑄件的殘留應力一般較小。
(6) 吸氣性
鋁合金易吸收氣體，是鑄造鋁合金的主要特性。液態鋁及鋁合金的組分與爐料、有機物燃燒產物及鑄型等所含水分發生反應而產生的氫氣被鋁液體吸收所致。
鋁合金熔液溫度越高，吸收的氫也越多；在700℃時，每100g鋁中氫的溶解度為0.5～0.9，溫度升高到850℃時，氫的溶解度增加2～3倍。當含鹼金屬雜質時，氫在鋁液中的溶解度顯著增加。
鑄鋁合金除熔煉時吸氣外，在澆入鑄型時也會產生吸氣，進入鑄型內的液態金屬隨溫度下降，氣體的溶解度下降，析出多餘的氣體，有一部分逸不出的氣體留在鑄件內形成氣孔，這就是通常稱的“針孔”。氣體有時會與縮孔結合在一起，鋁液中析出的氣體留在縮孔內。若氣泡受熱產生的壓力很大，則氣孔表面光滑，孔的周圍有一圈光亮層；若氣泡產生的壓力小，則孔內表面多皺紋，看上去如“蒼蠅腳”，仔細觀察又具有縮孔的特徵。
鑄鋁合金液中含氫量越高，鑄件中產生的針孔也越多。鋁鑄件中針孔不僅降低了鑄件的氣密性、耐蝕性，還降低了合金的力學性能。要獲得無氣孔或少氣孔的鋁鑄件，關鍵在於熔煉條件。若熔煉時添加覆蓋劑保護，合金的吸氣量大為減少。對鋁熔液作精煉處理，可有效控制鋁液中的含氫量。
砂型鑄造
採用砂粒、粘土及其他輔助材料製成鑄型的鑄造方法稱為砂型鑄造。砂型的材料統稱為造型材料。有色金屬套用的砂型由砂子、粘土或其他粘結劑和水配製而成。
鋁鑄件成型過程是金屬與鑄型相互作用的過程。鋁合金液注入鑄型後將熱量傳遞給鑄型，砂模鑄型受到液體金屬的熱作用、機械作用、化學作用。因此要獲得優質的鑄件除嚴格掌握熔煉工藝外，還必須正確設計型（芯）砂的配比、造型及澆注等工藝。
金屬型鑄造
1、簡介及工藝流程
金屬型鑄造又稱硬模鑄造或永久型鑄造，是將熔煉好的鋁合金澆入金屬型中獲得鑄件的方法，鋁合金金屬型鑄造大多採用金屬型芯，也可採用砂芯或殼芯等方法，與壓力鑄造相比，鋁合金金屬型使用壽命長。
2、鑄造優點
(1) 優點
金屬型冷卻速度較快，鑄件組織較緻密，可進行熱處理強化，力學性能比砂型鑄造高15%左右。
金屬型鑄造，鑄件質量穩定，表面粗糙度優於砂型鑄造，廢品率低。
勞動條件好，生產率高，工人易於掌握。
(2) 缺點
金屬型導熱係數大，充型能力差。
金屬型本身無透氣性。必須採取相應措施才能有效排氣。
金屬型無退讓性，易在凝固時產生裂紋和變形。
