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Jul 30 Fri 2010 14:26
全陶瓷铣刀：加工难加工材料的利器www.tool-tool.com

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对全陶瓷铣刀的研发开启了镍基合金材料加工的美好前景。与硬金属刀具相比，全陶瓷刀具的加工效率可以提高八倍。

　　材料科学领域的技术进步和继续发展不断促进对高难度工件加工的能力和效率。采用镍基合金材料可以极大提高汽轮机的整体效用。由镍基合金材料构成的单晶汽轮机斗轮配备有一个复杂的冷却槽与陶瓷隔热层系统，它将在高达1450℃的温度条件下投入使用。这种独特的机械和耐热性能却向机械加工提出了极大的要求。仅在加工一件喷气推进装置上，就需耗用大约3000件转位刀片，相对而言，对一辆轿车的制造，则平均却只需耗用两件转位刀片，实现更高的切削速度。

实现更高的切削速度

　　在标准行程和单位时间的切削体积方面对市场上常见的涂层和无涂层硬金属刀具与所研发的陶瓷刀具的对比结果表明，采用全陶瓷铣刀的生产效率可以提高八倍

　　镍基合金材料的耐热性高、导热性差，因此可造成切削表面的温度很高。这会促使切削材料变软。由于在其微结构中含有易磨损的碳化物，在温度和机械过负荷的情况下，刀具往往容易失灵。经涂层的硬金属刀具只在20m/min以下的切削速度作业时，工作稳定。各种试验表明，通过采用陶瓷材料切削，切削速度有望提高30～50倍。关键性的因素是陶瓷具有优越的耐热性能。因此，可以在切削流程中，把温度提升到足够高，使工件材料变软，变得容易被切削。由此可以跨入到高速切削(HSC)技术领域。与采用陶瓷材料的转位刀片相匹配的铣刀在市场上已有供应，这种刀具还可用在汽轮机斗轮的粗加工上。但是，出于设计方面的原因，刀具的最小规格仍有所限制。目前商用最小刀具的直径为32mm。针对要求更小刀具直径或复杂的切削轮廓面的加工任务，除了采用硬金属刀具和 HSS刀具之外，还可以采取研磨工艺和线切割工艺。

硬金属刀具与全陶瓷刀具在铣削MARM247镍基合金上的对比

　　图1硬金属刀具与全陶瓷刀具在铣削MARM247镍基合金上的对比

　　把现代陶瓷切削材料的切割能力引用到这些应用场合上来，已成为位于柏林的Fraunhofer- InstitutfürProduktionsanlagenundKonstruktionstechnik(IPK)研究机构的研究重点。早在 2006年，第一批陶瓷铣刀试验样品在Fraunhofer-Allianz高效陶瓷公司的“Cercut”项目中问世。这些刀具在试验性应用中获得了成功。鉴于刀具制造厂商和用户予以的积极反响，联合机构将继续向前推进业已展开的研发工作。

　　推进全陶瓷刀具的研发

　　在2008年1月，“制造全陶瓷带柄刀具工艺(Tech-Volk)”项目启动。此后，项目小组全力以赴地投入到对切削外形与应用场合相适应的全陶瓷铣刀的研发工作中。由于项目中的各合作单位都有各自不同的优势和工作重心，因此，整个工艺流程环节可以得到通盘的考虑。从陶瓷坯料的生产、磨削策略应用和磨削刀具的加工，直至现代化HSC加工中心对具体工件的切削应用，工件材料的品种范围涵盖了镍基锻造合金(如Nimonic90)和铸造合金(如 MARM247)等。

　　为了能够适应复杂的HSC铣削工艺的负荷状况，切削材料必须要满足一些特殊的要求。切削过程中断可导致刀刃边缘很高的负荷变换和温度波动。在一定的时间间隔中，刀刃可能不处于切入状态，此时刀刃的表面温度会比心层内部的温度更容易冷却下来。由于存在热膨胀状态差异，在刀具边缘区域会形成拉应力，从而很容易致使裂纹产生。陶瓷对拉应力更为敏感，因此，面对这种机理，陶瓷显得尤为脆弱。对于这种切削材料来说，采用干式加工变得非常必要，因为冷却润滑将会加剧刀具的冷却效果，对刀具的使用状态将造成额外的负面影响。采用经碳化硅触须强化的Al2O3和SiAlON，其内部成分和结构就决定了此类材料具有阻止裂纹生成、提高断裂韧性的特点。这两种切削陶瓷材料作为转位刀片，已经被投放到市场上，并在使用中表现良好。

　　给人希望MyCIMT的后续发展主要是指所谓的分级陶瓷的生产。对此，通过后续加工，可以有针对性地改变这种材料的强度特性。如同钢材通过淬火处理一样，对陶瓷也可以制成耐磨性强的边缘部位和不易断裂的心层区域。

　　在全陶瓷研发过程之前，即对这两种陶瓷材料作为转位刀片的使用特性，进行了分析。其间，对材料的耐磨特性也进行了研究和评价。通过在工件上进行力学测定并结合FEM模拟试验，可以实现对刀具设计的详细分析。从实际试验中所获得的认知与数字测定的负荷极限相辅相成。由此，可以识别出那些不利于陶瓷强度特性的负荷状况。同时，也考虑到了不同刀具形状所具有的不同的自振动特性。通过对刀具和工艺流程的有针对性的设定，不仅可以极大降低刀具的磨损程度，提高使用寿命，而且也极大改善了工件表面的几何形状质量。

陶瓷铣刀上粘附切屑材料,加工轨迹数量增多

　陶瓷铣刀上粘附切屑材料，加工轨迹数量增多

　　对于一家研究结构来说，很关键的一点便是它拥有得天独厚的好条件，即在自家的高精密磨床上制造刀具，随后也在刀具测量设备上测量刀具，并在动力性强的HSC加工中心上对刀具进行测试。由此可以达到很短的研发周期和对工艺流程的深度认知。

　　切削速度可达600m/min且工艺稳定

　　以往的铣刀MyCIMT直径为4～8mm。其外形轮廓适合于端面加工和圆周加工。其间在双刃外形的基础上，也对最多拥有十刃的精细刀具进行了研制和测试。最大切削速度可达600m/min，最大进给速度可达10000mm/min，且工艺稳定。为了测定陶瓷刀具的能力和经济性，对陶瓷刀具和硬金属刀具进行了对比性试验。加工任务为铣槽，所选用刀具的直径为4mm。在标准行程和单位时间的切削体积方面，对市场上常见的涂层和无涂层硬金属刀具与所研发的陶瓷刀具进行了对比。迄今为止的结果表明，采用全陶瓷铣刀的生产效率可以提高八倍(图1)。在这里，工艺流程的匹配至关重要。仅仅依靠提高切削速度，并不能获得真正的成功。研究结果同时也表明，陶瓷刀具的潜力尚未得到充分发挥。

　　很高的工艺流程温度造成切削下的材料粘附在刀具和工件上(图 2)。除了工件材质和切削参数之外，切削材质也是非常重要的。目前正在探索有效避免切屑粘附的技术工艺。另一个工作重点在于对磨削加工对刀具边缘质量和表面质量的影响的研究。此外，通过流体研磨工序，促使刀具变得圆润和平滑。可以实现对刀片边缘和表面特征的有针对性的调整。在项目的后续执行中，除了继续研发刀具的几何外形、优化刀具生产之外，特别要把刀具的使用和普及列为重中之重。

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Jul 30 Fri 2010 10:26
輕合金技術新進展www.tool-tool.com

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丁文匯王渠東劉滿平（上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心）
　　　鋁、鎂、鈦等金屬的密度小，分別為2.7g/cm3、1.7g/cm3、和4.5g/cm3、，因此，這幾種金屬通常被稱為輕金屬，其相應的鋁合金、鎂合金、鈦合金則稱為輕合金[1,2]。鋁合金具有比重小、導熱性好、易於成形、價格低廉等優點，已廣泛應用於航空航天、交通運輸、輕工建材等部門，是輕合金中應用最廣、用量最多的合金[3~5]。鎂合金具有比重小，比強度、比剛度高，阻尼性、切削加工性、導熱性好，電磁屏蔽能力強，尺寸穩定，資源豐富，易回收，無污染等優點，因此，在汽車工業、通信電子工業和航空航天工業等領域正得到日益廣泛的應用，近年來全世界鎂合金產量的年增長率高達20％，顯示出了極為廣泛的應用前景[1,15]。鈦合金比重小、耐蝕性好、耐熱性高、比剛度和比強度高，是航天航空、石油化工、生物醫學等領域的理想材料；同時，鈦的無磁性、鈦鈮合金的超導性、鈦鐵合金的儲氫能力等特性，使得鈦合金在尖端科學和高技術方面發揮著重要作用[1,32]。
　　本文簡要綜述目前國內外在輕合金方面的研究開發、應用現狀及最新進展，分析了我國在輕合金材料發展及其應用方面存在的問題，提出了今後一段時間我國在輕合金材料研究、開發與應用方面的對策。
－、鋁合金
　　1.鋁合金的發展
　　鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀初才開始工業應用。第二次世界大戰期間，鋁材主要用於製造軍用飛機。戰後，由於軍事工業對鋁材的需求量驟減，鋁工業界便著手開發民用鋁合金，使其應用範圍由航空工業擴展到建築業、容器包裝業、交通運輸業、電力和電子工業、機械製造業和石油化工等國民經濟各部門，應用到人們的日常生活當中。現在，鋁材的用量之多，範圍之廣，僅次於鋼鐵，成為第二大金屬材料。鋁材應用的迅速發展是世界鋁工業界不斷開發新的鋁合金材料的結果[3~5]。表1列出了鋁合金的特性及主要應用領域[2]。
　　鋁合金的發展可追溯到1906年時效強化現象在柏林被 Alfred Wilm偶然發現，硬鋁Duralumin、隨之研製成功並用於飛機結構件上[7]。在此基礎上隨後開發出的Al-Cu-Mg系合金，如2014和 2024，其抗拉強度為350~480MPa'，至今仍在使用。第二次世界大戰期間，由於軍用航空材料的需要，抗拉強度超過500ＭＰ'的Al- Zn_Mg_Cu.合金發展起來，其中最著名的合金是7075[6]。第二次世界大戰後，－系列新合金（尤其是7000系），如7050、7010、 7475和7055等研製成功。這些鋁合金的研製，在不斷提高強度的同時，更加注重改善其抗應力腐蝕性能和斷裂韌性，以提高構件的工作可靠性[1]。目前，高強、高韌是鋁合金發展的主要方向。

　　2.鋁合金的新進展
　　（1）Al-Cu-Mg合金系（2000）。
　　為提高2024的斷裂韌性，通過控制合金中的Fe、Si雜質量並調整溶質元素的量，美國研製出了2124、2048和2524等合金[1,10]。其中新合金2524已廣泛用於B777機身，在強度相當的條件下，其斷裂韌性和抗疲勞能力明顯優於2024[7]。

　　2000系合金的高溫蠕變強度很高，典型合金有2618和2219。其中2219合金是一種焊接性、耐熱性、韌性都很好的合金，主要用作航空油箱材料。進一步降低2219合金中的Fe、Si雜質量，提高Cu含量使之超過固溶極限以上，開發了韌性更高的2419、2021及2004合金，而且2004 合金超塑性能良好[10]。　　研究發現，微量Ag(~0.1at.%)可促進所有含Mg鋁合金的時效強化。由此開發出的典型合金有Al-4Cu- 0.3Mg-0.4Ag和Al-6.3Cu-0.4Mg-0.4Ag-0.3Mn-0.2Zr。與其他2000系合金相比，前者具有優良的蠕變性能；後者既具有較高的室溫強度，又提高了高溫和蠕變性能[1]。最近，法國也發明了一種高蠕變強度的含Ag鋁合金（芙國專利No.5738735）[12]。

　　（2）Al-Zn-Mg-(Cu)合金系（7000）。
　　對於7000系合金，長期困擾的問題是7079-T6和7075-T6等合金抗應力腐蝕開裂性差，為此開發了T73熱處理工藝。T73熱處理對防止應力腐蝕很有效，但與T6處理相比，材料強度降低了15％[1]。　　因此，很多研究都圍繞著如何既獲得T6的強度又具有T73的抗應力腐蝕性能。通過調整成分和工藝，出現了7049、7050、7150和7033等合金；添加Zr代替Cr，開發了7010和7012合金；在T73之前對合金進行熱變形；採用 T77處理工藝的合金，如7055-T7751，用於B-777客機以承受壓縮載荷為主的上機翼翼面，使其重量減少了635kg[1,6,10]；英國開發、1999年6月在美國註冊的7034合金，則具有優秀的損傷容限[13]。

　　（3）Al-Li合金系。
　　鋁鋰合金作為一種低密度、高彈性模量、高比強度和高比剛度的鋁合金，在航空航天領域顯示出了廣闊的應用前景。例如，美國1998年用2195鋁鋰合金代替2219合金，製造奮進號航天飛機的液氫液氧外推進劑貯箱，減輕重量約3500ｋｇ，獲得巨大效益[6~8]。

　　按時間順序和性能特點可將鋁錘合金劃分為三代。第一代以1957年美國Alcoa公司研究成功的2020合金為代表，但其塑韌性水乎太低。第二代為 20世紀70~80年代發展起來的鋁鋰合金，其中具有代表性的合金有.蘇聯的1420，美國的2090，英國的8090和8091，法國的2091等，這些合金具有密度低、彈性模量高等優點，都已獲得了一定的應用，其中1420是目前最為成熟的鋁鋰合金[8,11]。進入20世紀90年代以後，人們針對第二代鋁鋰合金本身存在的各向異性、不可焊、塑韌性及強度水平較低等問題，開發出了一些具有特殊優勢的第三代新型鋁鋰合金。如高強可焊的1460和 Weldalite系列合金，低各向異性的AF/C489和AF/C458台金，高韌的2097和2197合金，高抗疲勞裂紋的C-155合金，及經特殊真空的XT系列合金，超輕的8024Al-Li_zr合金（1999年註冊）等[10,13]。其中對高強可焊合金和低各向異性合金的研究最多，是第三代鋁鋰合金的發展方向。表2為第三代主要鋁鋰合金的典型性能[8,13]。
　　（４）鑄造鋁合金。
　　開發能夠替代部分變形鋁合金的高強韌鑄造鋁合金可以縮短製造週期，降低成本。國外最著名的高強韌鑄造鋁合金有法國的A-U5GT，美國的201.0，這些合金都具有很好的力學性能。我國的ZL205A，抗拉強度為510MPa，延伸率可達13％。最近；北京航空材料研究院研製出一種與ZL205A成分相近、韌性特別好的鑄造鋁合金，其延伸率達19％～23％，衝擊韌性為ak181~304kJ/m2[9]。
　　近年來，鑄造鋁基複合材料發展較為迅速，例如，鑄造Al-Si基SiC顆粒增強複合材料，提高了合金的性能，尤其是剛性和耐磨性，並已應用到航空、航天、汽車等領域。此外，一些新型的具有特種功能的鑄造鋁合金材料也處於研究應用階段。

　　(5)快速凝固／粉末冶金鋁合金和噴射沉積鋁合金。
在快速凝固／粉末冶金（RS／PM）鋁合金方面，國內外已出現了幾種典型的合金，如高強耐蝕的Al-Zn_Mg_Cu（7090、7091和X7093）系鋁合金，耐熱的Al-Fe（8009、X8019和LG5）、Al-Cr.和Al-Ti系鋁合金，低密度高模量的Al-Li-Cu-Mg-Zr鋁合金，高硅耐磨鋁合金等[3]。

　　近幾年來，噴射沉積鋁合金工藝受到英國、法國、瑞士和日本等國家的高度重已用於生產2000系、7000系、AL-Li系、AL-Si系等合金，碳化硅顆粒增強鋁合金複合材料[3]。
（6）其他新型鋁合金及技術。其他近年來發展成功或正在研製的具有發展前景的新型鋁合金及技術如表3所示[13].
二、鎂合金
　　1.鎂合金的發展
鎂合金是實際應用中最輕的金屬結構材料，但與鋁合金相比，鎂合金的研究和發展還很不充分，鎂合金的應用也還很有限。目前，鎂合金的產量只有鋁合金的1％。鎂合金作為結構應用的最大用途是鑄件，其中90％以上是壓鑄件[14]。

　　限制鎂合金廣泛應用的主要問題是：由於鎂元素極為活潑，鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒，因此，鎂合金的生產難度很大；鎂合金的生產技術還不成熟和完善，特別是鎂合金成形技術有待進一步發展；鎂合金的耐蝕性較差；現有工業鎂合金的高溫強度、蠕變性能較低，限制了鎂合金在高溫（150～350℃）場合的應用；鎂合金的常溫力學性能，特別是強度和塑韌性有待進一步提高；鎂合金的合金系列相對很少，變形鎂合金的研究開發嚴重滯後，不能適應不同應用場合的要求[14~19]。　　鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。鎂合金按合金組元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、 Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。常用鑄造鎂合金的牌號及性能見表４[2,14]。表5為常見變形鎂合金的化學成分及基本特性 [2,20]。

　　我國具有豐富的鎂資源，原鎂產能、產量和出口均居世界首位。在鎂和鎂合金的研究和應用領域，我國與歐美等發達國家之間的差距還相當大'一方面，我國的原鎂質量差，鎂合金錠的質量也不盡如人意，出口缺乏競爭力，作為結構材料應用
的鎂在國內的消耗量又很少，只能作為初級原料低價出口，屬典型的資源出口型工業，目前，國內的鎂冶金企業大都處於虧損或面臨倒閉；另一方面，我國對鎂合金的研究和應用更顯薄弱。因此，如何利用我國的鎂資源優勢，將鎂的資源優勢轉變為技術、經濟優勢，促進國民經濟發展、增強我國鎂衍業的國際競爭力，是擺在我們面前的迫切任務[24]。

　　2.鎂合金的新進展
　　（1）耐熱鎂合金。
　　耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應用的主要原因之一，當溫度升高時，它的強度和抗蠕變性能大幅度下降，使它難以作為關鍵零件（如發動機零件）材料在汽車等工業中得到更廣泛的應用。
己開發的耐熱鎂合金中所採用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用來提高鎂合金耐熱性能的重要元素。含稀土的鎂合金QE22和WE54具有與鋁合金相當的高溫強度，但是稀土合金的高成本是其被廣泛應用的一大阻礙[18]。

　　Mg-Al-Si（AS）系合金是德國大眾汽車公司開發的壓鑄鎂合金。175℃時，AS41合金的蠕變強度明顯高於AZ91和AM60合金。但是， AS系鎂合金由於在凝固過程中會形成粗大的漢字狀Mg2Si相，損害了鑄造性能和機械性能。研究發現，微量Ca的添加能夠改善漢字狀Mg2si相的形態，細化Mg2si顆粒，握高AS系列鎂合金的組織和性能[18]。

　　從20世紀80年代以來，國外致力於利用Ｃ·來提高鎂合金的高溫抗拉強度和蠕變性能。最近美國開發的ZAC8506（Mg-8Zn-5Al-0.6Ca），以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等鎂合金，其抗拉強度和蠕變性能都較好。

2001年，日本東北大學井上明久等採用快速凝固法製成的具有100~200nm晶粒尺寸的高強鎂合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其強度為超級鋁合金的3倍，還具有超塑性、高耐熱性和高耐蝕性。

　　（2）耐蝕鎂合金。
　　鎂合金的耐蝕性問題可通過兩個方面來解決：①嚴格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ｎi等雜質元素的含量。例如，高純AZ91HP鎂合金在鹽霧試驗中的耐蝕性大約是AZ91C的100倍，超過了壓鑄鋁合金A380，比低碳鋼還好得多。②對鎂合金進行表面處理。根據不同的耐蝕性要求，可選擇化學表面處理、陽極氧化處理、有機物塗覆、電鍍、化學鍍、熱噴塗等方法處理。例如，經化學鍍的鎂合金，其耐蝕性超過了不銹鋼[2]。

　　（3）阻燃鎂合金。
　　鎂合金在熔煉澆鑄過程中容易發生劇烈的氧化燃烷。實踐證明，熔劑保護法和SF6、SO2、CO2、Ar等氣體保護法是行之有效的阻燃方法，但它們在應用中會產生嚴重的環境污染，並使得合金性能降低，設備投資增大。

純鎂中加鈣能夠大大提高鎂液的抗氧化燃燒能力，但是由於添加大量鈣會嚴重惡化鎂合金的機械性能，使這一方法無法應用於生產實踐。鉸可以阻止鎂合金進一步氧化，但是鉸含量過高時，會引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。

最近，上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心通過同時加人幾種元素，開發了一種阻燃性能和力學性能均良好的轎車用阻燃鎂合金，成功地進行了轎車變速箱殼蓋的工業試驗，並生產出了手機殼體、ＭＰ3殼體等電子產品外殼[15]。

　　（４）高強高韌鎂合金。
　　現有鎂合金的常溫強度和塑韌性均有待進一步提高。在Ｍg-Ｚn和Ｍg-Ｙ合金中加人Ca、Zr可顯著細化晶粒，提高其抗拉強度和屈服強度[1]；加人 Ag和Th能夠提高Mg-RE-Zr合金的力學性能，如含Ag的QE22A合金具有高室溫拉伸性能和抗蠕變性能，已廣泛用作飛機、導彈的優質鑄件；通過快速凝固粉末冶金、高擠壓比及等通道角擠（ECAE）等方法，可使鎂合金的晶粒處理得很細，從而獲得高強度、高塑性甚至超塑性[16,19]。

　　（5）變形鎂合金。
　　雖然目前鑄造鎂合金產品用量大於變形鎂合金，但經變形的鎂合金材料可獲得更高的強度，更好的延展性及更多樣化的力學性能，可以滿足不同場合結構件的使用要求。因此，開發變形合金，是其未來更長遠的發展趨勢[20]。

　　新型變形鎂合金及其成型工藝的開發，已受到國內外材料工作者的高度重視。美國成功研製了各種系列的變形鎂合金產品，如通過擠壓＋熱處理後的ZK60高強變形鎂合金，其強度及斷裂韌性可相當於時效狀態的Al7075或Al7475合金，而採用快速凝固（RS）＋粉末冶金（PM）＋熱擠壓工藝開發的Mg- Al-Zn系EA55RS變形鎂合金，成為迄今報道的性能最佳的鎂合金，其性能不但大大超過常規鎂合金，比強度甚至超過7075鋁合金，且具有超塑性（300℃，436％），腐蝕速率與2024-T6鋁合金相當，還可同時加人SiCp等增強相，成為先進鎂合金材料的典範。日本1999年開發出超高強度的IM Mg-Y系變形鎂合金材料，以及可以冷壓加工的鎂合金板材。英國開發出Mg-Al-B擠壓鎂合金，用於Magnox核反應堆燃料罐。以色列最近也研製出用於航天飛行器上的兼具優良力學性能和耐蝕性能的變形鎂合金，法國和俄羅斯開發了魚雷動力源變形鎂合金陽極薄板材料。

　　（6）鎂合金成形技術。
　　鎂合金成形分為變形和鑄造兩種方法[21,22]，當前主要使用鑄造成形工藝。壓鑄是應用最廣的鎂合金成形方法。近年來發展起來的鎂合金壓鑄新技術有真空壓鑄和充氧壓鑄，前者已成功生產出AM60B鎂合金汽車輪毅和方向盤，後者也己開始用於生產汽車上的鎂合金零件。

　　鎂合金半固態觸變鑄造（Thixo-Molding）成形新技術，近年來受到美國、日本和加拿大等國家的重視。與傳統的壓鑄相比，觸變鑄造法無需熔煉、澆注及氣體保護，生產過程更加清潔、安全和節能。目前已研製出鎂合金半固態觸變鑄造用壓鑄機，到1998年底，全世界已有超過100台機器投人運行，約有 40種標準鎂合金半固態產品用於汽車、電子和其他消費品。但相對來說，半固態鑄造鎂合金材料的選擇性小，目前應用的只有AZ91D合金，需要進一步發展適用於半固態鑄造的鎂合金系。

　　其他正在發展的鎂合金鑄造成形新技術有鎂合金消失模鑄造、擠壓鑄造－低壓鑄造結合法、擠壓鑄造-流變鑄造結合法和真空傾轉法差壓鑄造等。
三、鈦合金
　　1.鈦合金的發展
　　鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用於各個領域。世界上許多國家都認識到掀合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發，並得到了實際應用。

第一個實用的鈦合金是1954年美國研製成功的Ti-6Al-4V合金，由於它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業中的王牌合金，該合金使用量已佔全部鈦合金的75％～85％。其他許多鈦合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。

　　20 世紀50～60年代，主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金，70年代開發出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。耐熱鈦合金的使用溫度已從50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出現，使鈦在發動機的使用部位正由發動機的冷端（風扇和壓氣機）向發動機的熱端（渦輪）方向推進。結構鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發展。

　　另外，20世紀70年代以來，還出現了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形狀記憶合金，並在工程上獲得日益廣泛的應用。

　　目前，世界上已研製出的鈦合金有數百種，最著名的合金有20～30種，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、 Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、 BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。

　　鈦合金可以分為α、α+β、β型合金及鈦鋁金屬間化合物（TixAl，此處x=1）四類。表6列出了四類典型鈦合金及特點[2,4]。
　　2. 鈦合金的新進展
　　近年來，各國正在開發低成本和高性能的新型鈦合金，努力使鈦合金進入具有巨大市場潛力的民用工業領域陽。國內外鈦合金材料的研究新進展主要體現在以下幾方面。

（1）高溫鈦合金。
　　世界上第一個研製成功的高溫鈦合金是Ti-6Al-4V，使用溫度為300-350℃。隨後相繼研製出使用溫度達400℃的IMI550、BT3-1 等合金，以及使用溫度為450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地應用在軍用和民用飛機發動機中的新型高溫鈦合金有.英國的ＩＭＩ８29、ＩＭＩ83４合金；美國的Ti-1100合金；俄羅斯的BT18Y、BT36合金等。表７為部分國家新型高溫鈦合金的最高使用溫度[26]。
　　近幾年國外把採用快速凝固／粉末冶金技術、纖維或顆粒增強複合材料研製鈦合金作為高溫鈦合金的發展方向，使鈦合金的使用溫度可提高到650℃以上 [1,27,29,31]。美國麥道公司採用快速凝固／粉末冶金技術戚功地研製出一種高純度、高緻密性鈦合金，在７60℃下其強度相當於目前室溫下使用的鈦合金強度[26]。

　　（2）鈦鋁化合物為基的鈦合金。
　　與一般鈦合金相比，鈦鋁化合物為基鈉Ti3Al（α2）和 TiAl（γ）金屬間化合物的最大優點是高溫性能好（最高使用溫度分別為816和 982℃）、抗氧化能力強、抗蠕變性能好和重量輕（密度僅為鎳基高溫合金的1/2），這些優點使其成為未來航空發動機及飛機結構件最具競爭力的材料 [26]。
目前，已有兩個Ti3Al為基的鈦合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美國開始批量生產。其他近年來發展的 Ti3Al為基的鈦合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl （γ）為基的鈦合金受關注的成分範圍為Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.％），此處Ｍ為ｖ、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和Ｗ中的至少一種元素。最近，TiAl3為基的鈦合金開始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。

　　（3）高強高韌β型鈦合金。
　　β型鈦合金最早是20世紀50年代中期由美國Crucible公司研製出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型鈦合金具有良好的冷熱加工性能，易鍛造，可軋制、焊接，可通過固溶-時效處理獲得較高的機械性能、良好的環境抗力及強度與斷裂韌性的很好配合。新型高強高韌β型鈦合金最具代表性的有以下幾種[26,30]:

　　Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），該合金與飛機結構件中常用的30CrMnSiA高強度結構鋼性能相當，具有優異的鍛造性能；
　　Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），該合金冷加工性能比工業純鈦還好，時效後的室溫抗拉強度可達1000MPa以上；
　　β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），該合金是由美國鈦金屬公司Timet分部研製的一種新型抗氧化、超高強鈦合金，具有良好的抗氧化性能，冷熱加工性能優良，可製成厚度為0.064mm的箔材；
日本鋼管公司（NKK）研製成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）鈦合金，該合金強度高，超塑性延伸率高達2000％，且超塑成形溫度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-擴散連接（SPF/DB）技術製造各種航空航天構件；
　　俄羅斯研製出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉強度可達1105MPA以上

（４）阻燃鈦合金。常規鈦合金在特定的條件下有燃烷的傾向，這在很大程度上限制了其應用。針對這種情況，各國都展開了對阻燃鈦合金的研究並取得一定突破。羌國研製出的Alloy c（也稱為Ti-1720），名義成分為50Ti-35v-15Cr（質量分數），是一種對持續燃燒不敏感的阻燃鈦合金，己用於F119發動機。BTT- 1和BTT-3為俄羅斯研製的阻燃鈦合金，均為Ti-Cu-Al系合金，具有相當好的熱變形工藝性能，可用其製成複雜的零件[26]。

（5）醫用鈦合金。
　　鈦無毒、質輕、強度高且具有優良的生物相容性，是非常理想的醫用金屬材料，可用作植人人體的植人物等。目前，在醫學領域中廣泛使用的仍是Ti-6Al -4v ELI合金。但後者會析出極微量的釩和鋁離子，降低了其細胞適應性且有可能對人體造成危害，這一問題早已引起醫學界的廣泛關注。羌國早在20世紀80年代中期便開始研製無鋁、無釩、具有生物相容性的鈦合金，將其用於矯形術。日本、英國等也在該方面做了大量的研究工作，並取得一些新的進展。例如，日本已開發出一系列具有優良生物相容性的α+β鈦合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd- 0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，這些合金的腐蝕強度、疲勞強度和抗腐蝕性能均優於Ti-6Al-4v ELI。與α+β鈦合金相比，β鈦合金具有更高的強度水乎，以及更好的切口性能和韌性，更適於作為植入物植入人體。在美國，已有5種β鈦合金被推薦至醫學領域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估計在不久的將來，此類具有高強度、低彈性模量以及優異成形性和抗腐蝕性能的廬鈦合金很有可能取代目前醫學領域中廣泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。
五、結語
　　將我國的鎂鋁鈦資源優勢轉化為產業優勢和經濟優勢，是造福子孫後代、利國利民的一件大事，是關係到國家長遠戰略利益的一項重大工作。由於它涉及目標有近期、中長期，技術領域多，必須由科技部牽頭，統籌規劃，從資源有效利用到深加工高附加值產品的系統開發；從關鍵製造技術與裝備的突破到推廣應用；從軍工領域到民用領域；從合金性能的提高到各種應用技術的研究，全面系統地制訂一個目標，創造出自己的具有世界先進水乎的輕合金材料體系，實現輕合金材料領域的跨越式發展.

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個人分類：學術研究

Jul 30 Fri 2010 10:15
鋁合金鑄造（砂模）常見缺陷特徵 A www.tool-tool.com

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氣孔
鑄件表面或內部的小孔洞。其表面一般光滑、乾淨發亮，呈圓形。皮下氣孔則呈梨子形，多分佈在鑄件表面或靠近模壁模芯處及出氣冒口下面。經吹砂後發現表面氣孔、經X光透視或機加工後發現內部氣孔。
1.由於澆注系統設汁不正確，在澆注合金液時帶入氣體。
2.由於鑄模透氣性不好，模型內氣體跑不出來。
3.砂模或模芯材料中混入了有機物或礦物(煤渣、焦炭等)而發氣。
4.內外冷鐵表面或工作表面有氣孔和凹坑。
1.正確地設計澆注系統，採用底注式或縫式開放模澆注系統(澆道比為直：橫：內＝1：3：3)，採用錐形直澆道，其直徑應≦20㎜，防止產生渦流。
2.澆注系統各部位的連接應加工成圓滑轉接，避免合金液中擊模壁和模芯。澆注時要連續平穩的液流注入，防止捲入空氣。
3.採用透氣性良好的模砂和芯砂，防止混入有機物或礦物，並在橫澆道末端開設出氣孔。
4.充分混合模砂或芯砂，使粘結劑均勻包覆每顆砂粒表面。
5.裝配好的砂模和模芯應儘快澆注完畢，防止停留過久而吸潮。
6.合理設置冒口，做好補縮和排氣兩個作用。
7.在澆注系統中安設過濾網、集渣緩沖，使合金液保持穩流。
8.合理安放冷鐵。
9.對要求無氣孔、鑄縮的平面，可放大機加工餘量，以便在機加時去掉有氣孔缺陷的表層，或在此平面安放冷鐵。
一般的夾渣
呈暗灰色的群集或單個分布在鑄件上部水平面上，或在澆注縫隙的導人口，或兩鑄件壁的轉接處，或盲端和鑄件內部。在用X光透視、噴砂或機械加工後發現。
1.原材料及重熔料中混入了夾渣。
2.合金液中的熔渣及其它非金屬氧化物未排除乾淨。
3.澆注系統設計不合理，澆注時把浮渣捲入模內。
4.合金液進入模型的速度過大，氧化膜或熔渣捲入
1.選用合格的原材料和重熔舊料。
2.嚴格遵守合金的熔煉工藝，保證獲得純淨的合金液。
3.採用底注或縫隙模開放式澆注系統，設置撇渣、集渣結構、安設過濾網，加强澆注系統的擋渣作用。

模內。
5.精煉後扒渣清理不完全，靜置時間不够或在高溫下攪拌合金液太多而造成再次氧化。
6.澆注時斷流。
4.緩慢平穩連續地進行澆注，保證合金液不斷流，絕不用小容量湯勺澆注大型鑄件。
5.充分精煉合金液，在澆注前一定要靜置3~5min，並適當降低合金液的澆注溫度。
6.採用帶隔板的擋渣湯勺澆注，在澆注前要撇除乾淨合金液表面上的氧化皮及熔渣。
冷隔
外觀是合金液未合攏的綫條狀或人字狀的凹坑，在其附近多有氧化皮。一般出現在鑄件的頂壁上、簿壁水平面或垂直面上、厚簿壁轉接處、簿肋壁面上或稜角處，以及鑄件的外緣圓角太小合金液流動不暢處。多在鑄件噴砂，腐蝕或氧化處理後作粗觀檢查、放大鏡檢查、熒光檢查、x光檢查時被發現。
1.合金液的澆注溫度太低，流動性差，使兩股液流匯流處因合金液有厚氧化皮而不能對接和熔合在一起。
2.澆注系統設計不合理或鑄件的澆注位置擺放不合理，使合金液匯流處集中在鑄件的簿壁部位。
3.鑄模的排氣性不好，合金液注模受到模具內氣體的阻隔而不能融合。
4.澆注時斷流、先注模的合金液已結殼，後進入的合金液不能與它融合在一起。
1.根據鑄件的結構形狀和合金的特性，適當提高合金液的澆注溫度。
2.控制模砂的含水量在5．5％之內。砂模的緊實度要均勻，防止澆入合金液後産生氣體和再次氧化、隔阻液流的匯合和熔接。
3.砂芯應當烘乾，修補模芯塗刷的塗料也要烘乾，以免合金液進入後産生氣體，形成氣墊。
4.盡可能不採用發氣量大的模芯材料。
5.在易産生冷隔、欠鑄處的砂模或模芯上多設通氣孔或安放出氣冒口，防止合金液受氣墊壓力的阻礙而不能很好地融合。
砂眼
為鑄件表面或內部包嵌有砂模材料的明孔或暗洞，在出箱清砂後或經X光透視、機械加工後發現，在鑄件各部位都可能有。
1.模砂、芯砂或塗料的粘結强度不够，散入合金液內。
2.由於鑄模在裝配時被壓壞或合箱後鑄模的接合面被壓崩。
3.作砂模停留時間過久受潮而使砂模强度低。
4.鑄模或模芯的緊實度不均勻，有的部位緊，有的部位鬆。
5.砂模或模芯在烘烤時被
1.改善模砂、芯砂的質量。
2.鑄模裝配前要對模型進行檢查，看是否有裂紋等缺陷。
3.模芯放入鑄模進行組裝時，要用樣板等測量工具檢查尺寸，防止不吻合、凸起而壓壞。
4.消除或减少鑄模上的特別凸出部分和尖角。
5.把砂模和模芯的緊實度用均勻並達到合適的緊密

燒焦，粘結劑失去粘結作用或被人爲損壞(裂紋等)而未發現。
度。
6.嚴格控制好砂模和模芯的烘烤溫度，防止砂模或模芯過燒。
7.鑄模在澆注前的停留時間≦4h，超過4L，要分解鑄模，重新用噴燈烘烤或報廢。
夾砂
鑄件內夾有砂粒、可出現在鑄件的各個部位，在鑄件清砂、進行外觀檢查或作X光透視及機械加工後發現
1.模砂中灰分過多或鑄模搗得太緊，或不均勻，或模砂顆粒度不均勻，而使鑄模在加熱時表層膨脹不均勻而掉砂。
2.由於鑄模：通氣性不好或模砂過濕增加了發氣量，澆入合金液後形成很大氣體反壓而使鑄模表層砂脫落。
3.模砂或芯砂的粘結力太差。
4.鑄模受到碰撞或震動而掉砂。
1.加大模砂中新砂的比例或全部換用新砂，以减少模砂中的灰份含量。
2.控制鑄模的緊實度，確保鑄模各部位緊實度均勻。
3.用顆粒比較粗的砂代替顆粒過於細小的砂。
4.採用發氣量小的模砂和芯砂。
5.嚴格控制模砂的濕度。
6.多設通氣孔或安放出氣冒口。
7.選用粘結力强的粘結劑配製模砂和芯砂。
8.嚴禁碰撞或震動已裝配好的鑄模。如發現受到碰撞或震動，則應開模檢查是否掉砂、裂紋，經清掃和修復後重新裝配好鑄模。
燒黑
鑄件厚大部位、內澆道附近或平面、冒口根部、內建模具的芯砂很簿的尖角處出現的呈灰白色粉末狀的斑紋或結疤，或其斷口呈黑色斑點狀。在X光透視底片上呈類似縮孔輪廓比縮孔清晰。
1.砂模和模芯材料中的保護物不足或在烘烤時被燒損。
2.合金液流過最多的鑄模部位裏的保護劑被燒損而失去保護作用。
3.造模材料中混入了煤粉、草根、木屑、硫磺等易燃雜物。
4.合金液澆注溫度過高。
5.砂模含水分太多或模型表面有油或水珠。
6.鑄模的透氣性不好。
7.澆注時空氣流動太快，有所謂“過堂風”吹過。
1.在模砂和芯砂中加入必要數量的保護劑。
2.在混砂前檢查是否有草根、木屑、煤塊、煤粉、硫磺等易燃物混入，避免油和水滴入鑄模中，如發現已滴人，則應在澆注前進行烘烤。
3.修模時禁止撒水或沾水，以免降低氟附加物的保護作用。
4.砂芯要徹底烘乾，但要防止過燒而使粘結劑、保護劑失效。
5.在乾燥後的砂芯表面噴硼酸水溶液(硼酸5%~8%＋滑石粉1%~2%＋水

94%~90%)或氟附加物水溶液(氟附加物20%，水80%)，然後在140~160℃溫度下再烘烤45min~1h。
6.嚴格控制砂模的濕度和緊實度，並使各部分均勻，保證砂模和砂芯有足够的透氣性，同時還可扎一些通氣孔。
7.在鑄件的厚大部位安放冷鐵。冷鐵要烘乾，防止帶入水分。
8.在澆注高鎂鋁合金時，可在澆注系統和鑄件厚大部位的砂模模室表面撤上各50%的硫磺和硼酸的混合保護劑，但注意不要撒得太厚。或往合金液中加入0.002%的鈹，以防止合金液激烈氧化和燒損。
9.澆注時儘量縮短澆注高度(即湯勺嘴到澆口杯之間的距離)，以降低合金液對模室壁的衝擊力，必要時還可不斷向合金液流表面撒硫磺和硼酸混合保護劑。防止澆注現場有過堂風吹過。
10.當形成模室的砂芯很薄時，要特別注意使芯子不帶尖角。
11.在設計內澆道時，要儘量使合金液由較多的內澆道進入模室，避免熱量過於集中在輕少的(1~2個)澆內口上。
氧化斑疤
鑄件表面上出現的微細的皺紋或從鑄件表面剝落的暗灰色小片；在鑄件內甜出現的則呈暗線或刀口狀紋路，可分布在鑄件的各個部位。在鑄件出箱或清砂噴砂后發現或經X光透視發現。
1.合金表面被强烈氧化，氧化皮加厚，當澆注速度太慢時，或浮在鑄件表面，或捲入鑄件內。
2.模砂含水量過多或模芯未烘乾或砂模搗得太緊實，透氣性太差。
1.嚴格按合金的熔煉工藝熔煉合金，防止合金液强烈氧化。
2.似平穩連續均勻的液流澆注鑄模，並儘量降低澆注高度，縮短澆注時間，减少合金液的氧化。

3.澆注系統設計不合理，使合金液激烈氧化。
3.適當延長砂模的烘烤時間，禁止往鑄模中安放熱的模芯和把裝配好的砂模放在熱的墊板上，以防止局部凝結水分。裝配好的砂模應在4h之內澆注，超過4h可開箱，當檢查無損壞，要經再烘烤後裝配好才能使用，否則報廢。
4.可用噴燈烘烤砂模表面。但須注意，不要烘烤過度或烘烤不均勻，以免使鑄模表面質量變壞或燒掉砂內保護附加物，導致産生燒黑。
5.當澆注高鎂鋁合金的複雜形狀的鑄件時，為防止二次氧化，可在鑄模表面撒上一層均勻且較薄的硫磺粉。
層狀氧斑疤
在鑄件各部位的外表面上出現的層狀氧化斑疤，或在鑄件內表面上出現的星狀結疤，多在鑄件清砂或噴砂後發現，用手鎚敲打時，此斑疤會以帶狀或鱗片狀形式從鑄件表面剝落。
1.鑄模內的氣墊壓力大於澆入合金液的靜壓力。
2.鑄模模室內混入了發氣物。
3.鑄模的透氣性太差。
由於以上原因導致澆入的合金液産生沸騰而使合金液强烈氧化並吸氣。
1.提高砂模和模芯的透氣性。
①使用透氣性好的模砂和芯砂。
②在模芯中的做各種形式的特殊通氣孔。
③控制好砂模的濕度、緊實度及均勻性。
2.採用發氣量低的模砂和芯砂及粘結劑材料。
3.採用濕度小的模砂或烘乾的模芯和砂模。
4.使用適合的經過仔細處理的冷鐵。
5.適當降低合金液的澆注溫度，儘量縮短澆注時間。
6.採用具有吸濕性的粘結材料作芯砂的粘結劑時，模芯的保持時間如果超過一晝夜，則在裝配砂模(合模或合箱)前應再次烘烤。
7.增設出氣冒口，增加模室的排氣通道。

蜂窩孔
出現在鑄件厚大部位或厚薄壁轉接部位的像蟲蛀孔或鑄縮狀的孔洞。外觀檢查和X光透視均勻可發現。
鑄模中的發氣材料與合金液發生作用而産生很大氣體壓力，在厚大部位周圍薄壁已凝固之後，此氣體以很大壓力穿破尚處在液體狀態的厚大部位，此後該部位逐漸凝固結殼而形成。
1.提高砂模的透氣性：
①使用透氣性好的模砂。
②在最後進入合金液的模室角落處多扎通氣孔。
③嚴格控制砂模的濕度、鬆緊度和均勻性。
2.採用發氣量低的模砂和芯砂以及粘結材料。
3.必要時採用於鐵模鑄造。
4.根據産生蜂窩孔處鑄件的形狀，設計並安放合適的冷鐵，提高該部位的凝固速度。
5.或在此部位增開出氣兼補縮的冒口。
6.當採用吸濕性材料作模芯粘結劑時，如果模芯的保存時間超過一晝夜，則在裝配砂模前要重新烘烤乾。
7.裝配好的砂模應在裝配後4h內澆注，並不得放在熱的底板上，以免吸潮
氣窩
多在安放冷鐵的鑄件表面上出現的光滑而有光澤的凹窩或凹坑。
1.凝結在冷鐵上的水分與合金液相互作用。
2.砂模或模芯局部未烘烤乾或重新吸潮。
3.安放的芯棒未經處理或安放不正確
1.設計和安放冷鐵，安放前要烘乾。
2.徹底烘乾砂模或模芯。
3.要根據鑄件的圓柱形部位的形狀架構、設計並安放鋁合金芯棒，安放前要烘乾。
熔劑夾渣
在鑄件內澆口附近和鑄件的死角處或鑄件體內呈暗褐色、外形不規則的渣痕。在外觀檢查和X光透視、機械加工後發現。X光底片上呈白色圓點或雪花狀。機械加工後在空氣中放置1h後變爲褐灰色，將其清除後，呈現出內表面光滑的孔洞
1.使用的熔劑或精煉劑成分不符合本合金的要求。
2.錯用了別的合金的熔劑。
3.合金液在澆注前未靜置，熔劑未上浮而懸浮在合金液內。
4.精煉處理後扒渣不徹底。
5.坩堝、湯勺、工具、清潔不徹底。
6.澆注系統擋渣作用差。
7.茶壺式湯勺或可提式坩堝底部擋渣板焊接不牢，有滲漏現象，導致擋
1.根據合金牌號選用合適的熔劑，配制前應混合均勻。配製後應放在乾燥器內或恒溫箱內。使用前必須在150－200℃下預熱1~2h。清潔湯勺、坩堝工具用的熔劑要經常更新。
2.正確地設計和製作澆注系統，要有利於排渣、集渣，可在澆注系統上安放過濾網(器)。
3.清潔湯勺、坩堝、熔爐的熔劑應加熱到750℃以

渣作用不好。
8.在坩堝內舀取合金液後又向坩堝裏撒了熔劑。
上，湯勺、坩堝、工具應清潔到呈亮黃色，清潔後要徹底排除湯勺．坩堝、工具上的清潔劑，然後才能去取合金液。
4.用湯勺在坩堝(熔爐)內舀取合金液時，應清理其內外表面粘附的熔劑及髒物，防止帶入熔劑等夾渣(雜)物。
5.在精煉處理後，可在鋁合金液表面撒一層覆蓋劑，使熔渣結殼，便於扒除乾淨。
6.在澆注前把熔渣扒除乾淨。
7.合金液精煉後要靜置到呈光亮的鏡面。
8.合金液精煉後要刮掉坩堝壁上和擋渣板上的熔渣。
9.在同一坩堝內連續舀取合金液時，不要在坩堝的液面上再撒熔劑，而要撒硫磺或各50、%的硫磺與硼酸的混合保護熔劑，間隔爲5min以上，嚴禁在湯勺內撒熔劑。
10.連續澆注時，應保持坩堝的傾斜位置不變，不要將坩堝回復到原來的垂直位置。用同一湯勺澆注兩個鑄模也是這樣。
11.原材料要經過噴砂，並不要含較多的熔劑和夾渣。
12.在使用前，可用水試驗湯勺或手提式坩堝的擋渣板焊接處是否有滲漏，如有則要焊好。
13.配料時應考慮有足夠的合金液容量，使澆注後能保持一定的水壓高度。

氧化夾渣
多在鑄模通氣不好的部位或轉角處出現的呈灰色、灰黑色斷口的夾渣，在X光底片上呈團絮狀或黑塊狀。通過X光透視或斷口檢查可發現鑄件內部氧化夾渣。通過熒光檢查、熱處理後的吹砂或氧化處理、碱洗、酸洗、陽極化中可發現
1.在熔煉過程中合金液産生的氧化夾渣(一次夾渣)。
①爐料不純潔，帶入了氧化物。
②使用的熔劑質量不好，去氣、除渣、脫氧效果差。
③熔煉過程中操作不適當，造成合金液氧化嚴重。
2.在澆注過程中合金液産生的氧化夾渣(二次氧化)。
①澆注系統設計不合理，使澆入的合金液産生渦流、亂流、飛濺等現象，由此而引起嚴重氧化。
②澆注溫度過高、澆注操不當等造成合金液再次氧化
1.嚴格控制爐料的冶金質量和表面狀態，嚴禁使用沾有油污和有腐蝕斑疤的爐料，品質低、質量差的回爐料的使用比例應嚴格控制。
2.選用精煉效果好的精煉劑或精煉工藝，充分精煉合金液，澆注前應保證合金液有足够的靜置時間，使氧化物和其他熔渣上浮，並在澆注前，扒乾淨液面上的氧化皮和溶渣。
3.選用適合該合金編號的精煉效果好的熔劑。
4.必要時，可在高鎂的鋁鎂合金中加入0．002%的鈹，减少合金液的氧化。
5.改進澆注系統設計，提高橫澆道的撇渣、集渣功能，或在澆注系統中安放過濾網。
6.改變鑄件在鑄模中的放置位置，採用開放式澆注系統，防止內澆口對著模室壁或模芯沖刷。
7.採用連續均勻的液流，平衡緩慢地澆注鑄模，始終保持澆口杯充滿合金液，禁止澆注中斷流，儘量保持湯勺嘴靠近澆口杯的距離≦50㎜，防止澆注時有過堂風或排風扇的風吹過合金液流；澆注前應清除乾淨湯勺內的氧化皮。
8.澆注高鎂鋁合金鑄件時，必要時可在鑄模室和澆注系統中撒上防氧化的保護劑(硫磺粉和硼酸粉各50%或硫磺粉100%)。
9.熔煉用澆注工具應保持乾淨，不允許有氧化皮。
10.模砂和芯砂中不允許混

入煤粉等易氧化、易産生氣體的存機物質，嚴格控制模砂的濕度、緊實度、均勻性。砂模或模芯存放時間不超過4h，超過4h則要打開重新烘烤裝配。模芯在裝入砂模前應徹底烘乾，安放的冷鐵要吹砂，不許有氧化斑疤，並在裝入砂模前要烘乾。
11.採用傾斜式澆注，避免二次澆注。
外縮孔
爲鑄件上顯露出的凹陷。其表面粗糙整個凹陷部位結晶粗大，多發生在冒口下面或鑄件厚簿截面的過渡區位，或兩壁相交的尖角部位，在外檢查、噴砂或氧化處理後均可發現
産生內外縮孔、鑄縮、顯微鑄縮，主要是合金從液態向固態轉變過程中，在結晶凝固冷却中，由於體積的收縮得不到補充的緣故：
1.澆注溫度過高或鑄模導熱係數小，熱容量小，使
1.可能的情况下，改進鑄件的設計結構和形狀，如降低厚壁與薄壁間的壁厚差，加粗或加厚加强肋，把厚大部位改成空心結構等防止産生熱集中、儘量使鑄件各部位冷却均勻、
內縮孔
爲鑄件厚大部常見的內部孔穴，通過X光透視和機械加工後可發現。其孔形無規律，但內表面一般都很光滑
鑄件冷却太慢。
2.鑄件的設計結構不合理，厚簿截面連接處壁厚差太大，形成熱節、冷却慢、無合金液補縮。
同時凝固的辦法。
2.在鑄件的厚大部位安設補縮冒口，冒口的位置和大小應保證冒口內的合金液比此補縮部位的位置高、
鑄縮
爲鑄件厚大部位縮孔附近區域的晶粒粗大、組織鬆散不緻密的部位。通過外觀檢查、X光透視、機械加工後可發現
3.合金液進入模室的位置不正確。
4.在厚大部位沒安設補縮冒口，或安放位置不當，或其補縮液量不够。
補縮量多，並有足够的補縮壓力水位(通常≧60㎜)。
3.爲了確使冒口比厚大部位慢凝固，可使用保溫冒口或
顯微鑄縮
當鑄件靠近縮孔區位很微細的灰白色蜂窩狀鬆散部位，其晶粒粗大
5.鑄模的排氣性不好，使模室內的氣墊反壓大，阻礙合金液流向後凝固要補縮的部位。
6.澆注速度太快。
發熱冒口，或把冒口加熱。
4.從冒口中或從安設有冒口的厚大部位澆入合金液。
5.適當降低澆注溫度和澆注速度。
6.在澆注後，當合金液漲滿冒口上平面時，需從冒口中補澆合金液。
7.在鑄件的厚大部位容易産生縮孔、鑄縮的地方安放冷鐵或熱容量大、導熱性好的激冷材料(如鋯砂、鎂砂等)，使該部位先冷却，先得到合金液的補縮。

熱裂紋
在鑄件上呈直綫或曲綫的裂口，裂口處表面被强烈氧化，呈無金屬光澤的暗色或黑色。多在鑄件內尖角處、厚薄截面的過渡部位、內澆口與鑄件連接處。在鑄件出模或清除模芯後作外觀檢查、X光透視、熒光檢查時可發現
1.鑄件的設計結構不合理，如有尖角、厚截面突然變爲薄截面，産生冷却不均。
2.砂模與模芯的強度太好，導致熱傳導太差，阻礙了合金液的收縮，使鑄件産生裂紋。
3.鑄模局部過熱。
1.改善鑄件設計結構，消除尖角和厚截面突然變爲薄截面的結構，儘量使鑄件各部分均勻地同時冷却。
2.採取各種措施，使鑄件均勻地同時冷却。
①根據厚大部位的形狀，選擇合適形狀和尺寸的冷鐵及其合理的設置位
4.澆注溫度太高。
置。
5.冷鐵放置不正確。
②正確地選擇引入合金液
6.厚大部位無補縮合金液補充。
的位置，防止局部過熱。
7.鑄件過早出模、冷却得太激烈。
③適當降低澆注溫度。
④把冒口和冷鐵配合起來
冷裂紋
也是鑄件表面上出現的直綫形或彎曲形的裂口，裂口表面有輕微的氧化。多出現在鑄件內尖角、厚薄兩截面的過渡部位、內澆口與鑄件的連接處。用肉跟、熒光檢查、浸煤油、氣密性檢查、X光檢查均勻可發現
形成冷裂、翹曲與熱裂紋的情况不同，冷裂紋是在低溫下由於鑄件冷却收縮受到鑄模或模芯的阻礙出現的內應力大於合金在此溫度下的强度而産生的。如果此內應力值僅超過此時合金液的屈服極限，則不會産生裂紋，而只産生翹曲變形
使用，增大鑄件的溫度梯度。
3.儘量使鑄件能順序凝固
①在鑄件的厚大部位安放冒口，並貼保溫材料，使其凝固時間延後
②在鑄件厚大部位安放冷鐵或激冷材料
③採用底注式澆注系統，
翹曲
整個鑄件或其個別部位的形狀尺寸發生變化，用肉眼或測量儀器可測出
配用比較高的鑄模
④適當降低合金液的澆注溫度
4.降低砂模强度，增加其退讓性
①將乾砂模改爲濕砂模
②降低砂模和模芯的緊實度
③用潰讓性大的模砂代替强度大的模砂
④縮小模芯骨架、輪廓尺寸，防止其阻礙鑄件的收縮
⑤使用空心的模芯，增强其退讓性

5.對已翹曲的鑄件，根據其形狀和翹曲程度，採用冷的或熱的矯正方法使鑄件恢復原形
6.如上述措施都不解决問題，則可考慮更換結晶溫度間隔窄(即固溶相溫度範圍窄)的高溫高强度的合金。
填模不整
表現爲鑄件的尖角、棱角、薄截面、狹縫隙末被合金液充滿，鑄件形狀不完整。在清砂中或清砂後的外觀檢查中均可發現
1.合金的化學成分出現偏差，合金液的流動性差。
2.合金液精煉不充分，含氣和含氧化物夾渣多，使合金液的粘度大。
3.鑄件和澆注系統的設計結構不合理，使薄壁處冷得快，厚大部位冷得慢，或妨礙合金液的順利充填。
4.鑄模和砂芯表面太粗糙，使合金液流動阻力大，鑄模的排氣能力差，使氣體壓力增大，阻礙合金液充滿尖角，狹縫，棱角。
5.鑄模材料的熱容量大或導熱係數大，使鑄件薄壁、狹縫處冷得太快，而使合金液流不到角，薄壁、薄肋等部位。
1.嚴格控制合金液的化學成分符合標準，確保合金掖的流動性。
2.選用精煉效果好的精煉劑充分精煉合金液，儘量减少其含氣量和氧化夾雜物含量，提高合金液的純淨度和流動性。
3.在可能的情况下，改進鑄件的設計結構；如加厚薄截面壁厚、加大厚薄截面轉接處圓弧R等。
4.採用底注法開放式澆注系統澆注合金液時，要以連續均勻的液流較快地澆滿鑄模。
5.適當提高合金液的澆注溫度。
6.選用透氣性好的模砂、芯砂材料和配方，控制好鑄模和模芯的緊實度及均勻性。
7.在出現欠鑄的部位安放出氣冒口或設通氣孔，消除模室中氣體的反壓。
8.用隔熱保溫塗料塗敷容易産生欠鑄、冷隔處的鑄模模室，降低此處鑄模的導熱性，使合金液能充滿此處。
偏析
在多鑄件上厚大部位中心及其上部，為灰色到黑色的形狀不規則的斑點。多伴有鑄縮或縮孔，在氧化處理後
1.在澆注前合金成分已不均勻。
2.澆注溫度過高。
3.鑄件厚大部位冷却太慢。
1.嚴格控制合金的配料和熔煉過程，防止低熔點或高熔點雜質混入合金液。
2.在澆注前要充分攪伴合金

外觀檢查即可發現。
4.混入了低溶點合金元素。
液，使其各部位成分均勻。
3.在鑄件冷却慢的厚大部位安放冷鐵或扎通氣孔，使之快冷却和防止此處氣墊反壓大而阻礙合金液來補縮。
4.降低澆注溫度，縮短鑄件的凝固時間。
針孔
為鑄件上針尖狀不同大小的圓形或蒼蠅腳形小孔洞，其表面光滑，多在後凝固的鑄件厚大部位產生。在X光透視、檢查宏觀試片和機械加工發現，在X光底片上呈小黑點狀。
1.原材料及回爐料未烘乾，本身含有水份。
2.熔煉用坩堝、湯勺、工具等未烘乾帶入了水份。
3.熔煉時空氣濕度大澆注時有過堂風吹過。
4.精煉劑或氮氣含水量過高。
5.熔化時間太長，熔化溫度過高，合金液精煉到澆注的時間太長，被二次吸氣和氧化。
6.熔劑或塗料中含水超高，或塗料未烘乾。
7.鑄模模砂的濕度大太。
1.原材料和回爐料在入爐前應經過吹砂，清除表面的氧化物、雜物，並預熱到500℃左右才允許入爐熔化。
2.坩堝要預熱到700℃左右(呈暗紅色)才能裝料熔化。
3.已有嚴重針孔的爐料應經過重熔精煉並確認合格後才允許使用。
4.控制熔化溫度不超過750℃，整個熔化時間最多不超過4h(指開始熔化→澆注完畢)，一次精煉的不超過1h；二次精煉不超過1.5h。
5.嚴格控制氯化物和氯氣等精煉劑的含水量不超過(0.06%~01.%)，用氯氣精煉時，精煉溫度應控制低一些。
6.控制合金液的澆注溫度在工藝規程規定的下限。
7.當空氣的絕對溫度大時，為減少針孔可進行二次精煉或採用覆蓋劑熔化合金。
8.如採用氯鹽精煉，應按規定將氯鹽徹底烘乾方可使用。並在精煉後保溫5~8min，再清除熔渣和澆注。合金液的精煉溫度以超過其熔點75~100℃為好。

9.嚴格控制鑄模模砂的含水量在規定標準的下限。
10.採用熱容量大、導熱系數大的材料作鑄模材料，以加快鑄件的冷却速度。
11.對要求無針孔的大面積鑄件可在其鑄模模室上安放數十至數百塊冷鐵，獲得快速凝固無針孔的細晶粒表面層。
12.必要時，可把某些重要的鑄件改用金屬模鑄造或壓力鑄造。

化學成分不合格
主要合金元素或雜質含量與技術要求不符，在對試樣作化學分析和光譜分析後發現
1.配料計算不正確，元素燒損量考慮太少，配料計算有誤等。
2.原材料、回爐料的成分不準確或未作分析就投入使用。
3.使用了未經校准的衡器稱量爐料，或加配料時未稱量。
4.加料中出現問題，少加或多加及遺漏料等。
5.爐料保管混亂，把不同牌號的合金搞混了。
6.熔煉操作未按工藝規程進行，溫度過高或熔煉時間過長，元素氧化燒損太利害。
7.化學分析不准確。
1.對氧化燒損嚴重的合金元素，應按技術標準的上限和經驗燒損值上跟進行配料計算，沒有化學分析報告單的爐料不能投入使用。配料後要驗算計算是否有誤或經第二者校對。
2.檢查稱重和化學分析、光譜分析是否正確。
3.定期校準儀器，超過校準期限規定的儀器不准使用。
4.要用專用的備料盒盛取爐料，防止遺漏或丟失爐料。
5.整頓和加强原材料保管、建立標示牌、登記本、嚴防混料。
6.嚴格按熔煉工藝規程熔煉合金，嚴防合金液過熱和拖長熔煉時間。
7.當爐前分析發現化學成分不合格時，應立即調整化學成分，補加爐料或沖淡成分，使之合格。
8.用同一試樣送其他機構作化學分析，將其結果與本鑄造廠的分析報告對比，找出分析不准的原因，提高其分析的準確性。
氣孔
鑄件表面或內部出現的具有光滑表面形狀較規則的圓形小孔洞，有分散的氣孔的集中的氣孔兩類，在機械加工和X光透視中均可發現，有的表面氣孔用肉眼即可看出
1.合金液中含氣量較多，在凝固前未能逸出而形成孔洞。
2.合金液沒有進行精煉去氣，或精煉去氣很不充分。
3.模具排氣能力差，流入模室的合金液受氣墊反壓而吸入氣體。
4.塗料塗得太厚，使模具排氣能力降低，或者塗料在
1.使用經過吹砂、表面無銹疤腐蝕並烘乾的爐料。
2.嚴格按熔煉工藝規程熔煉合金，防止過熱和超過熔煉時間(一般爲4h)，精煉用熔劑應是乾燥的氣體或已烘乾脫水的固體，未經乾燥的氯氣等氣體和未經烘乾的氯鹽等固體不得使用。
3.要嚴格控制鈣的含量。
4.加入氯鹽等固體精煉劑

高溫下産生氣體而進入鑄件內。
時，應避免激烈攪拌，防止吸氣。
5.熔煉用坩堝、熔爐、湯勺、工具，用前要烘乾並噴(刷)塗料，然後再烘乾才能使用。
6.噴(刷)塗料的次數(即厚度)應盡量少。
渦流孔
鑄件中心部位的細小孔洞或合金液流匯合處的大孔洞。在機械加工後或X光透視中發現
1.合金液導人模室的位置方向不正確，沖刷模室壁或模芯，産生渦流，包裹了空氣。
2.壓射速度太大，使合金液形成了渦流。
3.內澆口進口厚度太薄，合金液運動速度過大，産生噴射、飛濺現象，過早地堵塞了排氣槽。
4.模具的排氣槽位置不對，或出口截面太小，使模具的排氣能力差，模室內的氣墊反壓大。
5.模具內模室位置太深而排氣槽太少或位置不當。
6.塗料塗得太厚。
7.沖頭與壓室間的間隙太小，沖頭返回太快時形成真空，回抽尚未冷凝的合金液而形成氣孔，或沖頭返回太快。
8.壓室容量大而澆注的合金液量太少。
1.改變合金液進入模室的方向或位置，使合金液先進入模室的深高部位或底層寬大部位，將該部位的模室空氣壓入排氣槽中，在合金液充滿模室之前，不應堵塞此排氣槽。
2.調試壓射速度，直到合金液能無故障地充滿模室。
3.在保證不産生飛濺、噴射並能充滿模室的情况下，加大內澆口的進口厚度。
4.加强模室的排氣能力：
①安放排氣槽的位置應考慮不會被先流進來的合金液所堵死。
②增設溢流槽。
③採用鑲拼塊結構，把分模面設計成曲折分模面，解决深度模室排氣難的問題。
④擴大排氣槽，增大其排氣截面；適當加大活動模芯與導向部分之間的間隙。
⑤根據鑄件各部位受熱和排氣的情况，適當地噴(刷)塗料，並在澆注前烘乾。
⑥擴大沖頭與壓室之間的間隙到適當的程度，適當延長保壓時間。
⑦調高立式壓鑄機下沖頭的位置，或增加壓室內壓注的合金液量。

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個人分類：學術研究

Jul 30 Fri 2010 10:08
鋁合金鑄造（砂模）常見缺陷特徵 B www.tool-tool.com

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縮孔和鑄縮
鑄件上呈暗灰色、形狀不規則的孔洞。集中的大孔洞叫做縮孔，分散的蜂窩狀的組織不緻密的小孔洞叫鑄縮。在機械加工前或後作外觀檢查或作X光透視中發現
1.合金在冷凝過程中鑄件內部沒有得到合金液的補縮而造成的孔穴。
2.合金液的澆注溫度太高。
3.壓鑄比壓太小。
4.鑄件設計結構不合理，有厚薄截面變化太劇烈的厚大轉接部位或凸耳、凸台等。
1.改進鑄件設計結構，儘量避免有厚大的轉接部位和凸耳、凸台等結構。如不可避免，則可採用空心結構或鑲塊結構。
2.在保證鑄件不産生冷隔、欠鑄的前提下，可適當降低合金液的澆注溫度。
3.適當提高壓射比壓。
4.在合金中添加0.15%~0.2%(爐料重量的)的鋁鈦硼等晶粒細化劑，减輕合金的縮孔形成傾向。
5.改用體收縮率、綫收縮率小的合金品種，或對合金進行精煉處理。
凹陷
鑄件表面、厚大平面、內側轉角處、縮孔附近出現的凹陷，形狀如碟盤，表面光滑，在吹砂前後外觀檢查中可發現
1.合金的收縮性太大。
2.鑄件設計結構不合理，有厚薄懸殊截面轉接的肥大部位或肥大的凸台、凸耳。
3.內澆口進口截面太小。
4.壓射比壓小。
5.模具的排氣能力差，使模室的氣墊反壓大，空氣被壓縮在模壁與鑄件之間。
1.改用收縮性小的合金，或對其進行精煉處理，細化其晶粒，降低其收縮性。
2.改進鑄件設計結構，儘量避免厚薄懸殊截面的兩壁轉接的厚大部位。如不可避免，則可改成空心結構或鑲塊結構。
3.適當加大內澆口進口截面。
4.適當提高壓射比壓。
5.提高模具的排氣能力。
①增開排氣槽
②增設溢流槽等
裂紋
鑄件表面出現的直綫狀或波浪狀開裂，裂口多呈暗灰色，在外力作用下，裂紋延長，裂口加寬。在噴砂前後或機械加工前後，熒光檢查中均可發現
1.合金本身收縮性大，固溶相溫度範圍寬或共晶體量少或在固溶相慍度範圍內强度和韌性差。
2.合金的化學成分出現偏差：
①Al－Si系合金、A1－Cu系合金中含Zn量或含Cu量過多。
②A1－Mg合金中含Mg量過多。
③合金中Fe、Na的含量
1.選用或改用收縮性小、固溶相溫度範圍窄或結晶時形成共晶體量多，或高溫强度高的合金品種。
2.調整合金成發，使其達到規定的範圍內：
①降低Al－Si合金和Al－Cu台金中Zn或Cu的含量。
②添加鋁錠，沖淡(降低)合金中Mg的含量。
③嚴格控制Na的含量，

過多。
④Al－Cu系、Al－Mg系合金中Si的含量過低。
⑤合金中其他有害雜質元素含量過多，使合金的塑性降低。
⑥鑄件設計結構不合理，有厚薄懸殊的劇烈的轉接部位、肥大凸台、凸耳，以及圓形或框形結構中有直綫加强肋等。
4.合金中混入了低熔點合金。
5.模具設計結構不合理，內澆口位置不當。沖刷模室壁或模芯，造成局部過熱，或阻礙合金液的收縮。
6.澆注後開模的時間太晚。
7.模具溫度(尤其是模芯溫度)太低。
適當降低Fe的含量到不粘模爲止。
④往合金中添加鋁矽母合金，以提高Si的含量。
⑤嚴格控制合金中有害雜質的含量在技術標準規定的範圍內。
3.改進鑄件設計結構，儘量避免出現厚薄截面懸殊的劇烈的變化部位，肥大的凸耳、凸台，圓形或框形結構中的直綫加强肋等。如不可避免，則可改爲空心結構或鑲塊結構。
4.改進模具設計結構，正確的設計內澆口的位置和方向，避免沖刷模室壁和模芯，産生局部過熱或阻礙鑄件的收縮而産生裂紋和變形。
5.嚴格控制低熔點合金的含量。
6.注意在合適的時間內開模。
7.適當提高模具和模芯的工作溫度，減慢合金液的冷却速度。
變形或翹曲
鑄件的形狀和尺寸發生了變化，超過了圖紙的公差範圍。在機械加工前後對鑄件作外觀檢查、測量或劃綫中發現
1.鑄件的設計結構不合理，使鑄件各部分收縮不均勻。
2.鑄件在冷却收縮過程中受到阻力。
3.澆注後到開模的時間太短、冷却太快。
4.壓鑄時頂出過程中頂偏了鑄件。
5.合金本身的收縮率大，固溶相溫度範圍寬，高溫强度差。
1.在可能和必要的情况下，改進鑄件的設計結構，如改變截面厚度，避免厚度懸殊的轉接部位和不合理的凸台、凸耳、加强肋等，儘量把肥大部位設計成空心結構或鑲拼結構。
2.改進模具設計結構，消除阻礙鑄件收縮的各種不合理結構。
3.延長澆注後到開模的時間，防止鑄件激冷而變形。
4.經常檢查模具的活動部分，防止因模具的原因(如卡死、變形等)而使鑄件變形。

5.根據鑄件結構形狀的複雜程度，如變形很難排除，則可考慮改用收縮性小、高溫强度好的合金。
6.在熱處理裝爐和裝箱中，嚴禁將結構複雜的鑄件堆壓。儘量避免機械加工造成內應力不平衡而變形。
7.當變形量不大，則可有機械或手工的辦法進行矯正。
渣孔
在鑄件表面和內部有形狀不規則的明孔或暗孔，表面不光滑，孔內全部或部分爲熔渣所充填，在機械加工前後對鑄件作外觀檢查和X光透視時可發現
1.爐料本身已氧化或粘附有雜物。
2.熔劑成分不純。
3.塗料噴(刷)塗得太厚。
4.合金液精煉得不充分，含氧化夾雜物太多。
5.合金液的壓注溫度過低，流動性差，矽以游離狀態存在成爲夾渣。
6.矽鋁母合金中Si量過多，超過11.5%，且Cu、Fe含量也太高，使Si成爲游離狀態析出，成爲夾渣。
7.合金液精煉後又被氧化，以及壓鑄中舀取合金液而不斷被氧化。
8.舀取合金液時，把浮渣也一起舀進去了。
9.塗料中石墨含量太多或石墨損壞剝落。
1.嚴禁使用已氧化未經吹砂的和帶有油或水的爐料。
2.按熔劑的配製工藝和要求配製和烘乾熔劑。
3.要根據有利於順序凝固或同時凝固的需要噴(刷)塗不同層次的塗料。
4.選用效果好的精煉劑充分精煉合金液。
5.適當提高合金液的澆注溫度，防止Si以游離狀態存在。
6.對高Mg鋁合金，可加入0.01%的鈹以减少氧化；或選用含Mg量低的合金，以免産生大量的氧化渣。
7.當矽母合金中Cu、Fe的含量較多時，應把含Si量降低到10.5%以下；並適當提高其澆注溫度，防止Si以游離狀存在而成爲夾渣。
8.合金液長期在坩堝中停留時，應周期性地對其進行精煉；在舀取合金液時，應儘量避免破壞表面的氧化膜和舀入氧化膜和熔渣。
9.注意防止損壞石墨坩堝邊或在邊上加裝鐵環，防止石墨碎塊、顆粒掉入合金液中。

10.使用塗料前，應將塗料充分攪拌均勻，使石墨成懸浮狀態不結坨。
11.舀取合金時，應先清除液面上的熔渣。
冷隔
表現為鑄件外表出現合金液未熔合、基體被分開成狹窄的表面光滑的不規則的縫隙。此縫隙在外在作用下有繼續發展的趨勢，在機械加工前後對鑄件作外觀檢查時即可發現
1.合金液的澆注溫度太低。
2.合金的化學成分不合格，使合金液的流動性差。
3.壓射速度太小。
4.導入模室的內澆口太多。
5.合金液在模室中的流路太長，模室狹窄，冷却太快。
6.模具排氣能力太差，模室內氣墊反壓大，使液流受阻而不能熔合。
1.適當提高合金液的澆注溫度，提高其流動性。
2.嚴格控制配料、選料及熔煉工藝，防止合金成分出現偏差。
3.適當提高壓射速度和比壓，使合金液很快熔合。
4.適當增大內澆口的截面積和减少內澆口的數量，使合金液能很快充滿模室。
5.提高模具的排氣能力，合理安排和開設排氣槽位置和數量，降低模室內氣墊的反壓力。
6.選用精煉效果好的精煉劑充分精煉合金液，减少合金液的氧化程度並提高其流動性，防止合金液過熱，注意在熔化澆注中儘量少攪拌。
7.換用流動性好的合金品種。
欠鑄
鑄件輸廓不清晰、尺寸不夠，形狀不完整。在外觀檢查時即可發現，多為尖角或圓角或薄壁處未充滿，稜角為圓角、薄壁某處缺少一塊等形狀
1.合金液澆注溫度太低。
2.模具的工作溫度太低，合金液冷得太快。
3.內澆口截面積過大，充填速度不足。
4.壓射比壓太小或壓射速度太小。
5.模具排氣能力差，使模室內的氣墊反壓大。
6.壓射速度太大使合金液直沖短平面鑄件對壁(未經過模室底流動)而折回後再充模，形成欠鑄或冷隔。
1.適當提高合金液的澆注溫度。
2.適當提高模具的工作溫度。
3.適當减小內撓口的截面積。
4.保證一定的正常壓力，增大壓射速度。
5.增設排氣槽、合理選定排氣槽的位置和數量。
6.壓鑄短平面或有直角的鑄件時，應適當降低壓射速度：並採用盡可能大的內澆口截面積。

粘模
鑄件被粘在模具上或雖未粘住但表面被撕破皮。在鑄件頂出時或頂出之後對鑄件作外觀檢查時可發現
1.合金液的澆注溫度太高。
2.模具的工作溫度太高。
3.塗料塗得不够或不正確。
4.模具表面上有銹疤不光滑的部位。
5.模具材料不適合或者熱處理方法不對，沒有達到應有的硬度。
6.澆注系統設計不合理，特別是導入合金液的內澆口的位置不當，使合金液總是沖刷某處模室壁或模芯，造成局部過熱而粘模。
7.鋁合金中Fe的含量太少(<0.6%)，引起粘模。
8.合金液成分不均勻，出現了比重偏折。
1.適當降低合金液的澆注溫度。
2.適當降低模具的的工作溫度。
3.根據有利於鑄件順序凝固或同時凝固的原則和防止拉模的原則，掌握不同鑄件部位的不同噴塗厚度。
4.把模具表面有銹疤或不光滑的粗糙表面打磨光滑，提高其光潔度。
5.檢查模具材料及其硬度是否符合模具設計的要求，考慮選用的模具材料和要求的硬度值是否能滿足壓鑄合金的要求．决定是否進行表面硬化或改選材料重做。
6.改進澆注系統設計結構，避免合金液持續沖刷模室壁或模芯。
①適當增大內澆口的截面
②改變內澆口的位置和導入合金液的方向，儘量把內澆口設置在深厚模室處，並使合金液不對著模室壁和模芯
③儘量採用底注法開放式澆注系統
7.適當降低壓射速度
8.檢查鑄件中Fe含量是否在0.8%~1.4%的防粘模的範圍內，如低於此含量，則應補加Fe的含量。
9.當模具設計有冷却系統時，要仔細檢查粘模處是否受到應有的合適的冷却。
10.在配料，選料及熔煉中，要嚴格防止混入低熔點合金。

鑄件尺寸偏差
鑄件尺寸大於或小於鑄件圖上允許的公差。從測量或稱重可發現
1.設計模具時收縮率取值不準確或計算有誤。
2.模具製造不精確，尺寸誤差大。
3.鑄件的設計結構不合理，如因剛性不够而産生翹曲等。
4.鑄件圖上的公差要求超過了壓鑄所能達到的標準。
5.合金液的澆注溫度和模具工作溫度過高或過。
1.根據鑄件結構形狀和合金特性，認真選取和計算合金的收縮率，修正模具的尺寸。
2.嚴格按模具設計圖加工和驗收模具。
3.改進鑄件設計結構，增大剛性不足處的尺寸或改變其結構形狀，增大剛性。
4.從鑄造工藝上採取措施，如採用加強肋、加工面支撑等辦法來防止鑄件各部位間的位置變動。
5.檢查模具的推捍位置是否偏斜，防止鑄件從模具頂出時被頂壞。
6.根據試壓的情况，調整澆注溫度和模具工作溫度。
鑄件在垂直於模具分模面方向上的尺寸變大：
1.粘附於模具分模面上的金屬或非金屬物未清除乾淨；
2.模具某處鬆動，使模具産生偏斜出現間隙；
3.模具分模面上有壓傷；
4.鎖模時增壓不够或鑄件在分模面上的投影面積超過壓鑄機的規格，壓鑄時觸動定模分開。
1.壓注前應仔細清理模具分模面，防止粘附有質點或髒物。
2.檢查模具各處是否有鬆動，模具固定位置是否有偏斜，在四側面和各個角落檢查分模面是否有間隙，如有間隙．則要找出原因，調整固定到無間隙。
3.把模具分模面上的凸起部位磨修平整。
4.檢修增壓器，使其能正常工作。
5.重新驗算鑄件在分模面上的投影面積與比壓的乘積是否在壓鑄機規定的機器閉模壓力所允許的範圍內，若超過此範圍，則要把模具移到較大的壓鑄機上壓鑄，或在模具上加閉鎖裝置。
6.適當降低壓射速度。
組成模芯的部分尺寸不合格：
1.通過定模或動模板固定模芯，模芯上如有凸台，則

1.模芯安裝不正確，不穩周。
2.合金液進入模室後，模芯産生了移動。
3.由於模具過熱，活動模芯在導向孔內被咬住。
4.彎曲異形處和深孔處未充滿。
5.開模時間太短或太長，影響收縮大小。
可用底板固定。活動模芯用閉鎖固定，模芯的長度應嚴格按照與其直徑的比例來計算，確保其剛性，防止壓鑄時被液體金屬沖彎沖變形。
2.防止模具過熱，清理和修復模芯被啃壞的部位。
3.選用合適的配合方式和精度．設計活動模芯與導滑槽的活動配合。
4.壓鑄時可採用壓縮空氣不定時冷却模芯及尾部
5.摸索出合適的開模時間。
夾雜(渣)
鑄件上出現硬度比基體大的質點或坨狀物，使切削刀具磨損。在鑄件的機械加工或吹砂後的X光透視中發現
合金中混入了或析出了比基體金屬硬的金屬或非金屬化合物質點，如Al2O3、TiAl3等
1.嚴格遵守工藝規程，儘量少攪拌合金液，减少氧化。
2.在攪拌、舀取和澆注合金液等操作中，注意不讓表面的氧化皮捲入合金液內。
3.合金中含有了Ti、Mn、Sb、Fe等密度比基體大的金屬元素時，應注意防止它們産生偏析而成爲夾雜。
4.使用氧化鋁的或氮化矽與碳化矽混合物耐火材料作爐襯時，要防止它們在高溫下被浸蝕剝落而混入合金液中。
5.用乾燥過的精煉劑對合金液進行充分的精煉，或在澆注系統中安設泡沫陶瓷過濾板或集渣區。
流紋(痕)
鑄件表面局部下陷的紋路。用手摸可感知。在外力作用下無發展趨勢。在噴砂後即可發現
1.內澆口的截面積太小。
2.模室內氣墊反壓大。
3.塗料塗得太厚和不均勻。
4.模具溫度低，合金液流入後受到激冷。
1.適當加大內澆口的截面積。
2.提高模室的排氣能力，加大排氣槽或增大溢流槽，或改變排氣槽的位置。
3.减薄塗料厚度，把塗料噴塗均勻。
4.加大壓射比壓。
5.逐步提高模具的工作溫度到不出現流紋爲止。

網狀花紋
因模具的龜裂而在鑄件表面複印出的龜甲皮痕迹，並隨模具龜裂的發展而同步發展。在外觀檢查時即可發現
1.模具材料不合適或熱處理工藝未達到模具圖的要求。
2.模具的工作溫度過高。
3.合金液的澆注溫度過高。
4.形成模具模室的某個零件的截面太薄使其高溫强度差。
5.合金液的溫度過高而模具的溫度過低，造成合金液激冷。
6.模具模室表面出現極微細裂紋未及時打磨，使其逐步發展。
1.選用耐熱衝擊性能好的、熱處理後硬度高的熱模鋼來製造模具的模室部分的各零件，並配套採用符合該材料的熱處理工藝進行熱處理。
2.適當降低模具的工作溫度或提高合金液的澆注溫度。
3.壓注前應把模具預熱到一定的溫度。
4.在壓鑄中，可每隔一定的時間，用較多的塗料潤滑整個模具，使模溫均勻，然後用壓縮空氣吹乾淨。
5.爲使模溫均勻，可採取如下辦法：
①壓鑄一段時間，壓鑄機停壓短時間；
②在模具溫度較低的部位，用加厚內澆口或增設溢流槽，使此處熱量增加，溫度升高；
6.及時把模具上出現的極微細裂紋打磨掉，防止其發展。
印痕
鑄件表面凸起或凹下的痕迹。在機械加工前的外觀檢查中發現
1.推杆頂部被磨損。
2.推杆調整得不正確。
3.模具上的鑲拼部分或其他活動部分加工配合得不精密，有縫隙，或在壓鑄中被磨損。
1.在壓鑄前要仔細檢查模具推杆端部是否已磨損，如已磨損則要將其修覆到原來的尺寸形狀或更新。
2.調整推杆的位置，使它與模室面齊平或更換新的推杆。
3.把模具的鑲拚部分和其他活動部份固緊，並使模面齊平，防止它凸出或凹下。
拉傷
鑄件出模時在橫方向受到阻礙，造成表面拉傷，起始端寛且深出端逐漸縮小或消失
1.模具設計或模模具加工不正確。
①模芯或模具有負斜度(負斜度太大還會引起鑄件被頂壞)。
②模芯上沒有斜度。
1.如鑄件上的拉傷為常定位置，則應檢查模具分析原因予以修覆。
2.把模芯修磨到一定的斜度，去除模芯或模具模室有負斜度的部位，斜度太

2.模芯和模具腔壁上有壓傷。
3.在模芯或模室壁上粘附有合金。
4.塗料噴塗得太薄而引起粘模。
5.鑄件在頂出時出現偏斜。
小的適當加大。
3.把模具被壓傷或拉傷、碰傷的部位的表面打光或用其他方法修覆到原狀。
4.在模具模室中出現粘結金屬的表面多塗塗料。
5.檢查和控制鋁合金中Fe的含量≧0.6%；如低於0.6%則應補加。
黑點或斑點
鑄件表面出現不同於基體金屬的顏色的黑點或斑點，在機械加工前對鑄件作外觀檢查中發現
黑點是塗料噴塗得太厚或塗料中石墨含量過多
1.减少塗料次數，每塗刷一次用壓縮空氣吹淨表面的多餘塗料。
2.减少塗料中石墨的含量或換新的塗料。
斑點是合金液澆注溫度太低，或模具的工作溫度太低，或內澆口薄
1.適當提高合金液的澆注溫度。
2.縮短壓鑄迴圈周期或對模具補充加熱。
3.增大內澆口的高度。
花紋
鑄件表面出現有比基體金屬顔色灰暗的條紋，用手摸感覺不出來，而肉眼則可見。在鑄件機械加工前外觀檢查中可發現
先進入模室的合金液迅速凝固而又立即被後流進的合金液所覆蓋，冷熱合金熔合在一起
1.加大內澆口的截面積或改變其位置。
2.改變內澆口導入合金液的方向。
3.適當提高模具的工作溫度或合金液的澆注溫度。

氣孔
在鑄件表面或內部出現的孔洞，其內表面光滑，與基體顔色差不多(稍深一點)
1.模具排氣能力不好。
2.砂芯未烘乾，發氣量太大。
3.澆注不連續平穩或澆注中出現斷流，捲入了氣體。
4.澆注系統設計不合理；産生渦流、亂流、捲入了氣體。
5.模具塗料後未烘乾而産生氣體。
6.冷鐵表面有氧化物或有凹坑。
1.根據鑄件結構形狀和合金的特性，合理設計澆注系統。
①避免用頂注式，採用底注法和縫隙法開放式澆注系統，直澆道直徑≧20㎜。
②澆注系統各組元之間的連接應圓滑順暢，內澆道與鑄件相連接處應有較大的圓角。
③合理安放冒口，使它不但能起補縮作用，又能及時排出氣體。
2.模具噴塗料後應徹底烘乾，塗料粉不能太細，噴塗後的表面不要太光滑；塗料剝落後應立即補噴；塗料層出現鼓脹時，應將此處塗料刮掉再補塗齊平。
3.提高模芯的透氣性：砂芯不宜搗得太緊並應多扎通氣孔，必要時可用蠟綫或松香綫埋入其內作通氣孔
4.芯砂應徹底乾燥，油砂芯子應在300~350℃溫度下烘烤到棕黑色。
5.採用傾斜澆注，澆注嘴與澆口杯的距離應儘量縮短到50㎜以下，以連續均勻的液流平穩地澆入模室內，防止斷流，要保證湯勺內有足够的合金液能一次澆滿。
6.當模室內的合金液上升到冒口中部時，才能開始從冒口中補澆合金液作補縮用，並應沿冒口壁緩慢澆入，或從開設的輔助撓口中澆入。
7.適當提高金屬模的工作溫度和澆注溫度。
8.在注模末端應開設通氣孔、排氣槽。

裂紋
鑄件表面出現的直線或波浪形裂口，在機械加工前後作熒光檢查均可發現，裂口顏色為灰暗色。
1.鑄件設計結構不合理，壁厚相差過大或厚薄壁連接處轉接圓弧過小或有肥大凸台、凹耳及框形、圓形結構中有直線形連接肋條等。
2.澆注系統設計不合理，內澆口設置位置和方向不對，沖刷模室壁和模芯時間過長，造成局部過熱。
3.開模取件過早或過晚或拔模斜度過小或有負斜度。
4.塗料塗得太薄，冷鐵安放得不正確。
5.合金液內的雜質超過了技術條件的規定，特別是低熔點合金。
6.在清理鑄件中人爲因素。
1.改進鑄件的設計結構，使厚薄懸殊的部位變爲均勻過渡轉接，轉接處圓弧≧3~5㎜，儘量消除內外壁的尖角，肥大部位改成空心結構，把框形、圓形結構中的直綫連接肋改成彎曲肋等。
2.改進澆注系統結構：
①採用底注法或縫隙法開放式撓注系統
②把內澆口設置在模室深寛部位、避免對著模室和模芯沖刷，防止局部過熱。
3.根據鑄件的結構形狀和合金特性創造盡可能同時凝固或順序凝固的條件：
①建立由下而上的順序凝固條件；
②在鑄件上適當放寬加工餘量
③在鑄件肥大部位安放冒口和冷鐵
④當模室內合金液上漲到冒口中部位置時，立即從冒口邊補澆合金液(或從冒口的輔助澆道中澆入)保證鑄件補縮，又防止冒口根部與鑄件連接處裂紋。
⑤正確地選用塗料，根據鑄件的結構形狀和有利於順序凝固或同時的原則對鑄模各部位噴(刷)塗不同厚度的塗料。
4.選擇合適的開模取件時間，防止過早開模而裂紋。
5.把金屬模芯的斜度增加到2以上，在冒口凝固後應及早抽芯開模，防止粘住。
6.根據鑄件的壁厚和其形狀

複雜程度，選擇合適的模具工作溫度。
7.嚴格控制合金液內雜質的含量(特別是低熔點合金)在技術條件規定的範圍內。
8.細心地切割和打磨鑄件的澆注系統，禁止扔丟鑄件，防止人爲的裂紋。

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

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個人分類：學術研究

Jul 30 Fri 2010 10:00
鋁合金鑄造（砂模）常見缺陷特徵 C www.tool-tool.com

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冷隔欠鑄
鑄件上出現的合金液面凝的不規則形狀的穿透的或未穿透的溝，兩側呈圓角，加力後穿透會拉長擴大。鑄件上出現的尺寸未到位的尖角或薄壁處未充滿的缺肉現象，在機械加工前外觀檢查即可發現。
1.鑄件設計結構不合理，厚薄截面變化太大，合金液不能充滿薄截面末端或狹縫、尖角、棱角處。
2.澆注系統設計不合理，使兩股合金液流匯流處集中在鑄件的薄截面部位，因冷却凝固而未平整。
3.模具的排氣能力差，模室內氣墊反壓大，阻礙合金液無法填滿角落、狹縫或使兩股液流不能會合或熔合。
4.合金液的澆注溫度和模具工作溫度都太低或模具上鑄件薄壁處塗料塗得太薄，造成合金液流動性差，冷却快而使合金液不能匯合和熔合爲一體。
5.澆注過程中産生了斷流。
1.在允許的條件下，可改進鑄件的設計結構，盡可能使壁厚變化均勻一些或加厚薄截面的加工餘量，防止産生欠鑄或冷隔。
2.設計澆注系統時，應考慮儘量使合金液流路不要太長，內澆口盡可能沿鑄件周圍均勻分布。
3.在選用和安放冷鐵時，要防止使溫度降得太快而産生冷隔或欠鑄。
4.在模具分模面和易産生冷隔、欠鑄等易憋氣的部位開設排氣槽或通氣栓。
5.在大面積薄壁鑄件或鑄件的薄壁處，可適當增加塗料厚度，且塗料不要塗刷太光滑，在成形表面還可用乙炔燻烟，這樣既可提高合金液填模能力，防止其冷却得太快，又可起排氣作用。
6.鑄件外緣圓角太小處，塗料不要太薄太光滑，也可適當加大圓角處塗料，以便提高排氣能力。
7.採用傾斜澆住或伴以適當的機械震動，有助於提高合金液的填模能力。
8.澆注時應使合金液連續均勻幹穩地進入模室，保持外澆口杯始終充滿，保證有稍多的合金液和不斷流。
9.必要時可適當提高模具的

工作溫度到400℃左右，或適當提高合金液的澆注溫度。
10.要徹底烘乾砂芯。
氧化夾渣
鑄件表面或內部出現顔色與基體不同，呈暗灰色的金屬或非金屬氧化物質點。鑄件上表面、上部、特別是靠近冒口附近較多。在機械加工前後、熒光檢查、X光透視中均可發現
1.澆注系統設計不合理、擋渣、集渣能力差。
2.合金熔煉中除渣不乾淨。
3.模具塗料及澆注過程中操作不當。
1.盡可能採用底注法開放式澆注系統，避免內澆口對沖模室壁和模芯。
2.在澆注系統中安放泡沫陶瓷篩檢程式(網)或設置集渣包。
3.在模具的分模面、模室死角、大面積薄壁處等排氣困難的地方開排氣槽或放置通氣栓。
4.嚴禁使用附有氧化皮的熔煉與澆注工具。
5.嚴禁使用有腐蝕、油污、塗料的爐料，品質較低的回爐料應嚴格控制其使用比例，或經過重熔精煉化驗，提高其品質後再使用。
6.選用適合該合金品種的高效的精煉劑充分精煉合金液，精煉後至少靜置5~10min，讓熔渣上浮到液面，然後扒淨浮渣，方可澆注。
7.儘量採用傾斜式澆注，澆注時應舀取稍多的合金液以連續均勻平穩的液流澆入模室，嚴禁中途斷流。
8.砂芯在裝入模具前應按規範烘乾，裝入模具後超過3h未澆注，應取出來重新烘烤，以免吸潮
9.對含有Ti、Si、Sb等密度比鋁合金大的元素，在澆注前應仔細緩慢地攪拌均勻，防止出現游離Si、TiAl3、AISb等硬質點渣瘤。

縮孔、鑄縮
鑄件上呈暗色，形狀不規則的孔洞，集中的大的孔洞叫縮孔；分散的小的蜂窩狀組織不致密的小孔洞叫做鑄縮。在機械加工前後外觀檢查、X光透視、熒光檢查中均可發現
1.鑄件的設計結構不合理，有肥厚(大)的部位，在凝固時得不到合金液的補縮。
2.澆注系統設計不當，不利於順序凝固或同時凝固。如內澆口附近産生過熱、在厚大部位的冒口設置不當、補縮不足等。
3.塗料厚度和模具工作溫度不符合順序凝固或同時凝固的要求。
4.澆注溫度太高，澆注速度太快。
5.爐料含氣量多，合金液精煉不充分，造成氣體性鑄縮。
6.合金未作精煉處理或精煉處理效果差，使合金晶粒粗大。
7.模具溫度太低，鑄件冷却太慢。
8.砂芯不乾，鑄件毛邊太大。
1.儘量减小壁厚差，允許時可加厚薄壁部分的加工餘量，使鑄件壁厚均勻，實現同時凝固。
2.改進澆注系統結構，有利於實現順序凝固或同時凝固，有利於消除內澆口附近過熱：
①小模不高的鑄件採用頂注式傾注。
②採用縫隙式內澆口。當需要立筒式冒口起補縮作用時，可增大縫隙厚度、最厚處可與立筒式冒口下部厚度相等、在可能的情况下，縫隙內澆口與立筒式冒口相通。
③把內澆口均勻分布在鑄件上，可開設兩個對稱的直澆道，從此兩個直澆道中輪流澆入合金液。
④在內澆口上設置暗冒口或在其對面安放冷鐵。
⑤加厚內澆口，加寬加厚與內澆口相連接的橫澆道，使內撓道與橫澆道提升補縮作用。
⑥在鑄件易産生縮孔、鑄縮的部位，合理地安放冒口，並盡可能使明冒口與暗冒口相通。
⑦在鑄件易産生縮孔、鑄縮的部位安放銅質冷鐵，安放前應徹底烘乾，並在其表面開設通氣槽或鑽通氣孔。
⑧把冒口和冷鐵配合起來使用。
　鑄件的厚大部位在模具中應盡量朝上擺放，以利於發揮冒口的

補縮作用和便於排氣。
3.在冒口部位貼放置保溫套等保溫材料，保證冒口後冷却而向鑄件提供補縮液。
4.提高模具的排氣能力，在死角、狹縫等易憋氣的地方和分模面上多開排氣槽和通氣栓。
5.必要時，可採用可卸換的冷鐵安放在模具的易産生熱節處，使此處激冷，或在模具上鑄件的厚大平面處設計散熱片或散熱槽，以加速模具此處的冷却。
6.按有利於順序凝固或同時凝固的原則，對模具模室不同部位的噴(刷)塗不同厚度的塗料，並且要均勻，塗料剝落後補塗的塗料不得有堆積現象。
7.根據鑄件結構形狀，選擇合適的模具工作溫度；薄壁鑄件可採用300~450℃，厚壁鑄件可採用250~300℃，並根據情况，隨時間壓縮空氣吹拂，調整其溫度。
8.適當降低合金液的澆注溫度。
9.從冒口中部看到合金液上漲時，立即從冒口邊補澆合金液至冒口上口。
10.爐料應清潔，無腐蝕斑疤、無熔劑、油污、塗料等有機物，熔解前要經噴砂、除油、烘烤。
11.砂芯應徹底烘乾，在模具內裝配後到澆注的時間應≦5min。
12.扣緊模具，消除産生毛邊的縫隙。

化學成份不合格
最終分析結果主要合金元素或雜質含量超標
1.配料中易燒損元素取值不合適或計算有誤。
2.添加合金元素不符合標準。
3.清爐、洗爐不徹底殘留有上爐的鋁合金及雜質。
4.不同合金料相混。
5.加Mg後停留時間過長，又沒有覆蓋保護、使合金液氧化燒損嚴重。
6.沒有徹底攪拌、成分不均勻，導致取樣不能真實地反映情况。
7.爐前分析不正確。
1.在配料中，易燒損元素取技術標準上限和經驗燒損值的上限，並經過仔細校對，必要時經第二者校對。
2.選用符合標準的成分分析值準確的合金元素。
3.轉爐前徹底清爐、洗爐、清洗湯勺及工具。
4.檢查和鑑定爐前分析儀器是否有故障，如有故障，應送有關計量部門或出産廠家或其維修站修復鑑定。
5.縮短加Mg後停留時間、儘快澆注，並用保護性熔劑覆蓋。
6.按分析化驗取樣技術要求規定取樣，取樣前要充分攪拌合金液。
7.小心使用混裝的廢料和不明成分的爐料。
氣孔
鑄錠表面或內部出現的大或小的孔洞，其表面光滑，形狀比較規則。有分散的和比較集中的兩類。在對鑄錠作外觀檢查或機械加工後可發現
1.爐料帶有水氣，使熔爐內水蒸氣濃度增加。
2.熔爐大、中修後未烘乾或烘乾不透。
3.合金液沒有覆蓋保護或過熱。
4.熔爐、湯勺工具等末烘乾。
5.澆注時合金液流動不連續平穩，産生渦流，捲入了氣體。
6.合金液精煉脫氣不充分。
7.氮氣、煤氣及油中含水量超過標準。
1.嚴禁把帶有水氣的爐料裝入爐內，裝爐前要在400℃左右溫度下烘烤2h。
2.嚴格按工藝規程對大修、小修後的爐子進行烘烤。
3.熔解前按工藝要求對熔、澆注工具、熔劑等進行烘烤，然後才能使用。
4.選用合適的精煉方法和效果好的精煉劑充分精煉合金液，精煉後加覆劑保護。如精煉後靜置時間>6h，則主要進行二次精煉。
5.控制澆注時的液流連續均勻地澆注不得中斷。
6.使用含水量符合要求的氮氣、煤氣、燃油等燃料熔化合金液。

偏析
鑄件各部位化學成分不同(通常做巨觀偏析討論，微偏析較難避免)。有密度偏析和偏析點兩種
1.澆注前合金液沒有得到徹底的攪拌；使合金液中密度大的析出元素和某些密度大的金屬間化合物沈降。
2.合金液未作細化晶粒處理或細化晶粒處理不充分。
3.合金液的澆注溫度太低，使密度大的低熔點元素或化合物游離出來成爲偏析點，如Pb。
1.澆注前徹底攪拌合金液，使成分均勻。
2.選用合適的精煉劑或細化劑對合金進行精煉處理或細化晶粒處理。
3.適當提高合金液的澆注溫度，防止易熔的密度大的元素析出來結瘤。
4.提高鑄錠的凝固冷却速度，减少鑄錠和結晶器內表面之間的摩擦，防止鑄錠凝結殼的局部溫度回升熔化。
鑄縮
鑄錠中心和尾部等後凝固部位出現的很細小的分散的縮孔和氣孔，用肉眼可看到的叫做縮孔，通常都稱爲鑄縮，用放大鏡才能看出的叫做顯微鑄縮
1.合金本身的結晶溫度間隔寬，收縮性大。
2.合金液精煉不充分，含氣量多，在合金液凝固時進入枝晶間，因其壓力大，阻礙合金液進去補縮。
3.合金液的澆注溫度太高，澆注速度太快。
4.合金液未作精煉處理或細化處理，晶粒粗大。
5.澆注溫度過低，結晶時補縮不好。
1.調整合金液的化學成分或選用細化晶粒效果好的元素對合金液作精煉處理或細化處理，减少枝晶組織，細化晶粒，改善其結晶狀態，降低合金液的收縮性。
2.選用效果好的精煉劑和精煉脫氣方法，對合金液進行充分的脫氣除渣處理，降低其含氣量和氧化夾雜物含量。
3.適當降低合金液的澆注溫度或减慢其澆注速度，提高鑄錠的冷却效率。
4.使用短的結晶器，提高水壓，降低水溫，加快鑄錠的結晶凝固速度。
氧化夾渣
在鑄錠表面，特別是鑄錠尾部及鑄錠的內部出現的與基體金屬不同的是暗灰色、組織鬆散的金屬或非金屬氧化物質點
1.原材料不清潔，使用的爐子、工具不清潔。
2.合金液精煉除渣不徹底。
3.澆注溫度過低，合金液的流動性差，夾渣不能上浮。
4.熔煉中固溶成分控制不準而多次補料、沖淡、攪伴，使合金液氧化加重，並將氧化膜和熔渣帶入合金液內部。
5.澆注時合金液的落差太
1.嚴禁使用不清潔的鋁料和工具，並注意爐體清潔。
2.選用合適的精煉方法和精煉劑，對合金液進行充分的精煉，淨化夾渣物。
3.精煉後靜置10~15min，讓懸渣上浮，並適當提高合金液的澆注溫度。
4.儘量减少熔煉中的補料、沖淡、攪拌的次數，以减少合金液的氧化和把氧化皮、熔渣帶入合金液內

大，增加氧化並使氧化膜破碎而捲入合金液內。
部。
5.盡可能縮短轉注的時間，降低澆注時的落差，减少氧化。
6.防止供流分湯盤上粘附的石棉纖維泥砂、塗料等掉入結晶器內。
7.在爐子的出湯口或錠模的澆注口前安放泡沫陶瓷過濾板過濾合金液。

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個人分類：學術研究

Jul 29 Thu 2010 17:27
巴氏合金 Babbitt (metal) バビットメタル www.tool-tool.com

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巴氏合金(Babbitt metal)是具有減摩特性的錫基和鉛基軸承合金。由美國人巴比特發明而得名。因其呈白色，又稱白合金。主要合金成分是錫、鉛、銻、銅。銻、銅，用以提高合金強度和硬度。巴氏合金的組織特點是，在軟相基體上均勻分布著硬相質點，軟相基體使合金具有非常好的嵌藏性、順應性和抗咬合性，並在磨合後，軟基體內凹，硬質點外凸，使滑動面之間形成微小間隙，成為貯油空間和潤滑油通道，利於減摩；上凸的硬質點起支承作用，有利於承載。巴氏合金除製造滑動軸承外，因其質地軟、強度低，常將其絲或粉噴塗在鋼等基體上製成軸瓦使用。巴氏合金分錫基(見錫合金)和鉛基合金兩種。後者含銻10％～20％，錫5 ％～15％，為防止成分偏析和細化晶粒，還常加入少量的砷。鉛基合金的強度和硬度比錫基合金低，耐蝕性也差。

Babbitt, also called Babbitt metal or bearing metal, is any of several alloys used to provide the bearing surface in a plain bearing. The original Babbitt metal was invented in 1839 by Isaac Babbittin Taunton, Massachusetts, USA. Today the term is usually used to describe a series of alloys used as bearing metal (not just Isaac Babbitt's original formulation). The term is often lowercased (babbitt)in the same way that "diesel" is, reflecting this broader sense that deemphasizes the eponymity.

The term "white metal" is also used in reference to bearing metal, but it is ambiguous because of the wide variety of senses that it has been used for over the centuries.

A wide variety of Babbitt alloys exist. Some common compositions are:

90% tin, 10% copper
89% tin, 7% antimony, 4% copper
80% lead, 15% antimony, 5% tin
A lead-tin based Babbitt (75% lead, 10% tin)
A copper-lead based Babbitt (76% copper, 24% lead)
A copper-lead-tin based Babbitt composed of (67% copper, 28% tin, 5% lead)

Originally used as a cast in place bulk bearing material, it is now more commonly used as a thin surface layer in a complex, multi metal structure. Babbitt metal is characterized by its resistance to galling.

Babbitt metal is soft and easily damaged, and seems at first sight an unlikely candidate for a bearing surface, but this appearance is deceptive. The structure of the alloy is made up of small hard crystals dispersed in a metal matrix composite of softer alloy. As the bearing wears the harder crystal is exposed, with the matrix eroding somewhat to provide a path for the lubricant between the high spots that provide the actual bearing surface. Tin gives Babbitt the property of lubrication if run without a lubricant. The friction will cause the tin to melt out to prevent or reduce damage to the shaft.

Combustion motors use the tin based Babbitt. The Tin based Babbitt is able to stand up to the pounding found in the combustion motor. Lead based Babbitt tends to work harden and create cracks which will lead to the bearing failing.

Lead based Babbitt can be used with constant turning tools such as saws.

In the traditional style of white metal bearing, a cast iron pillow block is assembled as a loose fit around the shaft, with the shaft in approximately its final position. The inner face of the cast iron pillow block is often drilled to form a key to locate the bearing metal as it is cast into place. The ends of the bearing are packed with clay and molten white metal poured into the cavity around the shaft, initially half filling the pillow block. The bearing is stripped, and the white metal trimmed back to the top surface of the pillow block. Hardened white metal is soft enough to be cut with a knife or sharp chisel.

A steel shim is inserted to protect the face of the lower bearing and to space the cap of the pillow block away from the shaft. After resealing the ends with clay, more white metal is then poured to fill the cap of the pillow block through the hole in the top of the pillow block cap that will eventually be a lubrication hole.

The two halves of the bearing are then split at the shim, the oil holes cleared of white metal and oil ways are cut into the surface of the new bearing. The shaft is smeared with engineer's blue and rotated in the bearing. When the bearing is disassembled the blue fills the hollows and is rubbed off the high spots. The high spots are scraped down, and the process repeated, until a uniform and evenly distributed pattern of blue shows when the shaft is removed. The bearing is then cleaned and lubricated, and shimmed up such that the shaft is held firmly but not binding in the bearing. The bearing is then "run in" by being run heavily lubricated at low load and revolution, completing the process of exposing the hard bearing surface. After final adjustment of the shimming, a very reliable and high load capability bearing results.

Before the advent of low cost electric motors, power was distributed through factories from a central engine via overhead shafts running in hundreds of Babbitt bearings.

The expression a "run bearing" also derives from this style of bearing, since failure of lubrication will lead to heat build up due to friction in the bearing, eventually leading to the white metal liquefying and running out of the pillow block.

Until the mid 1930s poured Babbitt bearings were common in automotive applications. A form was used and the Babbitt poured into the block or caps. Tin based Babbitts were used as they could stand up to the impact loads found on the rods and crankshaft. The poured babbitt bearings were kept thin. The rods and caps would have shims that could be peeled off as the Babbitt wore. Ford was known to use two .002" on each cap and Babbitt that was 86% Tin 7% Copper 7% Antimony (see the KRW catalogs for the Model T). Steel shims were used as the brass shims used today tend to compress over time contributing to shorter bearing life. The poured Babbitt bearings commonly get over 50,000 miles of use before needing replacement. Poured Babbitt bearings are also known to fail gracefully allowing the car to be driving for extended periods of time. The failed bearing is not likely to damage the crankshaft.

In more modern practice, the crankshaft and connecting rod big end bearings in a modern automobile engine have bearings made of a replaceable steel shell, keyed to the bearing caps. The inner surface of the steel shell is plated with a coating of bronze which is in turn coated with a thin layer of Babbitt metal as the bearing surface.

The process of laying down this layer of white metal is known as Babbitting.

In many applications, rolling-element bearings, such as ball or roller bearings, have replaced Babbitt bearings. Though such bearings can offer a lower coefficient of friction than plain bearings, their key advantage is that they can operate reliably without a continuous pressurized supply of lubricant. Ball and roller bearings can also be used in configurations that are required to carry both radial and axial thrusts. However, rolling-element bearings lack the beneficial damping and shock-load capability provided by fluid-film bearings, such as the Babbitt.

バビット・メタルは、すべり軸受用の合金（軸受合金）である。ホワイトメタルとも呼ばれる（ただし、単にホワイトメタルといった場合は、ハンダなどの錫基の低融点合金一般をさす場合がある）。1839年にアイザック・バビットが発明した。すべり軸受けに必要とされる機能は、軸とのなじみのいいこと（軟質の低融点合金が有利）、焼付きを起こしにくいこと、長時間使うことのできる耐摩耗性を有すること（硬質の金属が有利）、耐疲労性を有することであり、低融点のスズ・鉛を母材として硬質の微細組織を分散させることで、相反する機能のバランスをとっている。この合金を使用した軸受の進歩により面圧が高くてもころ軸受を使用せずにプレーン軸受で足りるようになった。

一般的なバビット・メタルの組成は以下のとおりである。

90%スズ－10%銅
89%スズ－7%アンチモン-4%銅 --減摩合金とも呼ばれる。
80%鉛－ 15%アンチモン- 5%スズ

基本的に低荷重用の合金なので、現在ではエンジン用すべり軸受け表面のなじみ性を改善するために、0.1mm以下の薄膜として用いられる。また、低融点で成型できる利点を生かしてメタルフィギュアやメタルキットなどの模型の素材として、ジャンル（ミリタリー、鉄道模型、キャラクター物）を問わず使われている。またスズの兵隊や鉛の兵隊の素材もこの金属である。模型、玩具関連では近年、環境汚染を引き起こし得る鉛の使用が制限されつつあり、徐々に他の合金へ移行しつつある。

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