锌合金压铸件起泡缺陷分析.pdf

锌 合 金 压 铸 件 起 泡 缺 陷 分 析 华 南 理 工 大 学 吴春苗 Ξ 摘 要 介绍了锌合金压铸件中最常见的起泡缺陷,分析了起泡产生的原因,提出了解决问题的办法。 关键词锌合金 压铸 起泡缺陷 Analysis of Blister for Zinc Alloy Die Casting Wu Chunmiao 〗 Huanan University of Science and Technology, Guangzhou, Chian ABSTRACT The most common blister defects in zinc alloy die casting were described. The reason for the defect a2 tion was analyzed and an approach to defect decrease was offered. Key Words Zinc Alloy, Die Casting, Blister 锌合金压铸件目前广泛应用于各种装饰件,如家具 配件、 建筑装饰、 浴室配件、 灯饰零件、 玩具、 领带夹、 皮 带扣、 各种金属饰扣等,因而对铸件表面质量要求高,并 要求有良好的表面处理性能。而锌合金压铸件最常见 的缺陷是表面起泡。 1 起泡缺陷表征 压铸件表面有凸起小泡,主要在下面3方面。 1压铸后发现。 2抛光或加工后显露。 3喷油或电镀后出现。 2 起泡缺陷产生原因 2. 1 压铸件孔洞 压铸件孔洞主要是气孔和收缩孔,气孔往往是圆 形,而收缩孔多数是不规则形。 1气孔产生原因①金属液在充型、 凝固过程 中,由于气体侵人,导致铸件表面或内部产生孔洞;② 涂料挥发出来的气体侵入;③合金液含气量过高,凝固 时析出。当型腔中的气体、 涂料挥发出的气体、 合金凝 固析出的气体,在模具排气不良时,最终留在铸件中形 成气孔。 2缩孔产生原因①金属液在凝固过程中,由于 体积缩小或最后凝固部位得不到金属液补缩,而产生缩 孔;②厚薄不均的铸件或铸件局部过热,造成某一部位 凝固慢,体积收缩时表面形成凹位。 由于气孔、 缩孔的存在,使压铸件在进行表面处理 时,孔洞可能会进入水,当喷漆或电镀后进行烘烤时,孔 洞内气体受热膨胀;或孔洞内水会变蒸气,体积膨胀,因 而导致铸件表面起泡。 2.2 压铸件晶间腐蚀 锌合金成分中有害杂质铅、 镉、 锡会聚集在晶粒交 界处导致晶间腐蚀,金属基体因晶间腐蚀而破碎,而电 镀液加速了这一祸害,受晶间腐蚀的部位会膨胀而将镀 层顶起,造成压铸件表面起泡。特别是在潮湿环境下晶 间腐蚀会使铸件变形、 开裂、 甚至破碎见图 1 。 图1 晶间开裂 2.3 压铸件裂纹 压铸件裂纹有水纹、 冷隔纹、 热裂纹。 1水纹、 冷隔纹金属液在充型过程中,先进入的 金属液接触型壁过早凝固,后进入金属液不能和已凝固 层熔合为一体,在铸件表面对接处形成叠纹,出现条状 缺陷,见图2。水纹一般是在铸件表面浅层;而冷隔纹 有可能渗入到铸件内部。 2热裂纹①当铸件厚薄不均,凝固过程产生应 力;②过早顶出,金属强度不够;③顶出时受力不均; ④过高的模温使晶粒粗大;⑤有害杂质存在。压铸件 存在水纹、 冷隔纹、 热裂纹,电镀时熔液会渗入到裂纹 中,在烘烤时转化为蒸气,气压顶起电镀层形成起泡。 88 压铸合金及工艺特种铸造及有色合金 2002年压铸专刊 Ξ 吴春苗,华南理工大学机电系,广州市五山510640 图2 冷隔纹截面显微结构 200 3 避免起泡缺陷的方法 1控制气孔产生,关键是减少混入铸件内的气体 量,理想的金属流流速应不断加速,由喷嘴经过分流锥 和浇道进入型腔,形成一条顺滑及方向一致的金属流。 采用锥形流道设计,即浇道面积由喷嘴向内浇道逐渐减 少,可达到这个目的。在充填系统中,混入的气体是由 于湍流与金属液相混合而形成气孔,从金属液由浇注系 统进入型腔的模拟压铸过程的研究中,明显看出浇道中 尖锐的转变位和递增的浇道截面积,都会使金属液流出 现湍流而卷气,平稳的金属液才有利于气体从浇道和型 腔进入溢流槽和排气槽,排出模外。 2对于缩孔,要使压铸件凝固过程中各个部位尽 量同时均匀散热,同时凝固。可通过合理的浇注系统设 计,确定合适的内浇道厚度及位置;在模具设计中,正确 控制模具的温度及冷却,以避免缩孔产生。 3对于晶间腐蚀现象,主要是控制合金原料中有 害杂质含量,特别是铅的质量分数应 0. 003 。注意 废料带来的杂质元素。 4对于水纹、 冷隔纹,可提高模具温度,加大内浇 道内合金液的流动速度,或在冷隔区加大溢流槽,来减 少冷隔纹出现。 5对于热裂纹,避免压铸件厚薄急剧变化以减少 应力产生;调整相关的压铸工艺参数;降低模温。 4 实例分析 4.1 旋扭图 3 1现象镀铬后表面有明显的起泡。 2化学分析发现有害元素铅含量质量分数为 0.016 ,超过标准4倍0. 004 。极易造成压铸件晶 间腐蚀。 a.镀铬后的旋钮b.旋钮缺陷处金相照片 100 图3 旋钮缺陷 3金相分析起泡处电镀层与金属基体脱离,电 镀层起泡的位置有明显的水纹在显微状态下呈裂纹状 见图 3 b 。 4缺陷产生原因①铅含量过高,使金属颗粒之 间的边界层内发生腐蚀而破碎,电镀时受晶间腐蚀部位 膨胀而将镀层顶起来;②铸件表面有水纹、 冷隔纹,电 镀溶液渗入裂纹中,在烘干时转化为蒸气,造成气压顶 起镀层而形成气泡。 5解决办法①控制合金化学成分,特别是有害 杂质铅,熔炼操作时防止废料把杂质带入;②提高模具 温度和加大浇道内合金液的流动速度可以减少水纹产 生。 4. 2 有线电视接头图 4 1现象铸件a和铸件b ,在电镀后都出现起泡。 2铸件A化学分析含铅量为0. 016 ,有害杂 质铅超过标准。金相分析出现晶间腐蚀。结论晶间 腐蚀导致起泡。 3铸件B 化学分析含铅量为0. 004 ,合金成 分符合要求。金相分析铸件表面出现冷隔裂纹。结 论冷隔纹导致起泡。 4.3 浴室配件支架座 1现象铸件表面胀起,带有微裂纹见图 5 。 2化学分析合金成分符合要求。 3金相分析发现大量气孔。 4缺陷原因①过早开模顶出铸件;②顶出时模 温可能过高。由于铸件内部存在大量气泡,当金属液凝 固时间不够,强度未建立起来,而过早开模顶出铸件,受 压气泡膨胀起来而使铸件表面凸起,并产生热裂纹。 98 锌合金压铸件起泡缺陷分析 a. 铸件A 铸件Bb.晶间腐蚀 100c.冷隔 100 图4 有线电视接头缺陷 a.铸件表面胀起及热裂纹b.铸件内部大量气孔 图5 浴室支架座缺陷 5解决办法压铸过程工艺参数调整,留模时间 长一些;降低缺陷区域模具温度。 原载2000年第5期 上接第87页 铝夹杂物通常是二者的混合物,对炉壁所附氧化渣的X 光结构分析结果证实了这一点见图 7 。 图7 炉壁结瘤物的X光结构分析结果 合金中含有0. 3 以下的镁,高温下镁优先于铝氧 化[4～5],并形成了MgOAl2O3即MgAl2O4复合氧化物[2～3]。 硅酸铝Al2O3xSiO2则可能来源于铝液与耐火炉衬 间的反应而在炉壁上形成的结瘤物。目前所用耐火炉 衬中常含有较多的SiO2,按热力学反应,SiO2在高温下 有可能与铝液发生反应[4～5],最后生成Al2O3xSiO2复 合氧化物,在炉壁上形成结瘤。对炉壁上结瘤物所用的 X光结构分析证实了其中含有相当数量的硅酸铝 Al 2O3xSiO2 , 见图7。 4 防止措施 为了防止硬质点及非金属夹物,应采取以下措施。 1炉料应无油污尘土,存放在干燥处,防止炉料 淋雨受潮而在表面产生较厚的腐蚀层以至将大量气体 和氧化铝夹杂物带入铝液。 2小块铝料表面积大,带入的氧化夹杂物多,不 能直接加入用作炉料。 3铝液转注时应注意液流的平稳流动,防止铝液 的飞溅,并应尽可能减少转位的次数。 4选用高Al2O3含量的耐火炉衬材料,防止铝液 与耐火炉衬间的反应而产生大量结渣,并按时清理炉壁 的残渣。 5采用旋转转子法RID吹氮或喷射熔剂法FI 等高效精炼方法精炼铝液。 上述措施对于消除压铸件中的硬质点及非金属夹 杂物有良好的效果。以某铝合金压铸件为例,在半年多 来,已完全消除了压铸件中的硬质点,大大降低了机加 工废品率。 参 考 文 献 1 Liphardt W F. Hard Inclusions in Pressure Die Casting.Die Casting Engineer , 1987 ,314 42～44 2 Sato K. Recent Casesof the Hard Spot of AluminumDe Casting and the Mecha2 nism of ation.Alあゐ 技术 ,1997 ,3511 16 3 Kaye A ,Street A.Die Casting Metallurgy Butterworths Monographs in Materi2 als .London Tanner Ltd ,1982.71～79 4 魏寿昆.冶金过程热力学.上海上海科学技术出版社,1980. 5 傅崇锐.有色冶金原理.北京冶金工业出版社,1993. 原载2000年第5期 09 特种铸造及有色合金 2002年压铸专刊