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压铸铝合金缸体漏气原因分析

模具论坛 2020-11-26 08:06:29

铝合金发动机缸体在压铸成型后,进行气密性试验时发现部分缸体漏气。利用金相显微镜对漏气部位进行分析,结果表明该试样漏气的主要原因是存在疏松、拉伤和致密层被破坏。

随着人们对环保、轻量化的要求日益提高,汽车中的许多关键部件,如发动机缸体等,逐渐转向采用压铸生产。相比传统的铸造,压力铸造具有效率高、精度高、表面光洁度好、提高铸件密度、节能省耗、工艺路线短等优点。但由于液体合金高速充型,快速冷却等原因,压铸仍存在不少的铸造缺陷,漏气就是比较常见的缺陷之一。

1 试样检验与对比


首先通过气密性试验来找到缸体的漏气部位,然后截取该部位作为2#试样。为了方便对比,同时在合格品缸体上相同部位截取试样作为1#试样。

      1.1 致密层分析对比

首先对1#和2#的致密层进行了检查并对比。使用10%的HF水溶液浸蚀,经金相分析(在200倍下,使用截点法)知1#试样致密层平均晶粒度为12.0级,平均截距5.0120 μm;内部组织平均晶粒度为10.1级,平均截距9.5810 μm。致密层平均厚度为254 μm。经同样方法处理,观察2#该部位,发现表面也形成了致密层,但是致密程度比1#要差,而且厚度更薄。


同样采用截点法,测得该致密层平均晶粒度为11.1级,平均截距6.7344μm;内部平均晶粒度为10.1级,平均截距9.6724μm,致密程度较低,该试样致密层晶粒度仅与1#试样致密层与内部组织中间的过渡层晶粒大小比较接近。2#试样致密层平均厚度为80.69μm,远远低于1#试样的致密层。

      1.2 疏 松

经检验知1#试样情况良好,在整个截面上(直边孔壁以及顶端圆头)均未见疏松。而2#试样在型芯顶端部位与直边部位过渡段发现了一处贯穿致密层的疏松带,如图1、图2所示。


      1.3 拉 伤

经检验知1#试样直壁部分情况良好,未见明显拉伤。而2#试样在直边段约1/4处(从型芯顶端开始)发现了有致密层脱落,且剩余致密层向型芯脱离方向发生明显变形,如图2所示,变形段总长约1 mm,从该处开始到型芯顶端圆头部位致密层均出现了表层脱落。


 2 分析与讨论

从以上的检验结果可以发现,主要是由以下原因导致了该发动机缸体的漏气。


产品粘模导致表面出现拉伤、疏松以致出现漏气现象。压铸金属液填充的过程有三个阶段,首先金属液以接近内浇口横截面的形状进入型腔,先撞击到对面的型壁,在该处沿着型壁向型腔四周扩展后返回浇口,在金属液流过的型壁上形成铸件的外壳(薄壳层)。随后进入的金属液沉积在薄壳层内,并继续充填,直至充满。最后在型腔完全充满的同时,压力通过余料中心部分尚未凝固的金属液的传递而作用在铸件上。这三个阶段对铸件质量所起的作用是不同的。第一阶段是影响铸件表面质量,第二阶段是影响铸件的硬度,第三阶段是影响铸件的强度。在该位置的型芯,应采用不同的材料或者脱模剂。对于该试样来说,表面质量将直接影响到气密性。不过导致粘模的原因很多,也可能是进入模具的金属流的量相对过大、或者金属流的温度相对过高、或者金属流以相对大的角度进入模具型腔,另外型芯的材质和脱模剂同样重要.


因为在同样的工艺条件下,同时有部分产品合格和部分产品漏气,所以可以排除浇铸压力、温度等方面的影响。由于该样品模具本身结构的原因,该部位模具型腔与金属流的相对角度并不大,同样可以排除该原因。


另外,在前期的处理时就在模具表面形成了一层致密的氧化金属膜,但是对于与模具面小的夹角冲击而言,当模具表面受到金属流的直接冲击时更加容易破坏这层氧化膜而导致了部分缸体出现粘模现象。不过通过显微观察,拉伤部位是出现在型芯接触面,可以判断与模具本身无关,应该是型芯的原因导致该部位出现了粘模现象。而型芯出现粘模后,导致型芯顶端圆头位置成型的缸体表面致密层被拉脱,而使该部位致密层绝大部分脱离,只留下了少量致密层及过渡带,而导致缸体该部位实际上致密层的缺失。这使得该部位大大提升了在较高的压力环境下出现漏气的概率。而该位置出现的贯穿致密层的疏松带更使得其漏气的概率由偶然提升至必然。


由于型芯段复杂的模具腔道,当填充时会形成剧烈的湍流,从而对金属流产生弥散作用,而当模具温度低于热平衡条件所应有的温度时,会使得疏散效应更为强烈,在这种情况下表层就更加容易出现疏松现象。


对压铸工艺来说,模具温度直接关系到了金属液的流动状态。模具温度过低不但会使冷速过快,还容易导致压铸件表面出现各种缺陷,严重时会出现冷隔、欠铸等缺陷。但也不能过高,因为较低的模具温度能够使铸件表面快速凝固而使表面形成激冷层,达到组织细化的效果。当然,太低了就会使得铸件在凝固后期表面快速凝固时合金液不能补缩,同时表面的快速凝固也使得模具中的气体(真空压铸也还是有不少气体的,因为现有真空压铸技术能达到8 k Pa就已经算不错了,毕竟压铸的时间非常短暂,这么短的时间很难抽出高真空)也来不及逸出,这样就会使得铸件中形成少量细小气孔。模具温度同样不能过高,过高则会导致激冷效果减小,同时增大铸件与铸型之间的粘着力,更加容易出现粘模现象,故而应对模具预热温度再做优化。


后来经过更换型芯材质,采用高强度高熔点的的特殊材料型芯,并略微对模具的预热温度进行精细优化修正,并增加了部分冷却管道后,同时优化了了部分用于流导的排气管路,进一步提升了压铸工艺的真空度,之后该产品漏气现象大大减少。

3 结 语

该试样漏气的原因主要是由于型芯出现了粘模现象而导致的表面拉伤、致密层缺失以及模具复杂腔段导致的疏散效应而造成的表层疏松。

来源:网络

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