壓鑄鋁合金共性問(wèn)題解讀 合金延伸和發(fā)展討論

 

　　

　　一、壓鑄鋁合金共性問(wèn)題的解讀：

　　

　　1、概述：在全球范圍內(nèi)，美國(guó)、歐洲和日本是傳統(tǒng)的壓鑄強(qiáng)國(guó)，尤其體現(xiàn)在以汽車(chē)為代表的支柱產(chǎn)業(yè)，它們發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，市場(chǎng)覆蓋面大，多方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，特別是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力形成了一時(shí)難以撼動(dòng)的地位，其核心競(jìng)爭(zhēng)力是強(qiáng)大支撐，在我國(guó)乘用車(chē)銷(xiāo)量全球領(lǐng)跑中，外國(guó)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的名牌車(chē)占有很大優(yōu)勢(shì)和份額，這對(duì)我國(guó)是一種壓力也是一種以外促內(nèi)的動(dòng)力；想當(dāng)年中國(guó)的航空航天工業(yè)，由于國(guó)外的嚴(yán)密封鎖，舉步艱難，在自力更和獨(dú)立自主的感忍下，而今卻如日中天的發(fā)展！筆者從事航空工業(yè)近四十余年，從主編多項(xiàng)航空航天及國(guó)家軍用的材料和工藝標(biāo)準(zhǔn)，到多年參與國(guó)家航空科技成果專(zhuān)家評(píng)審，都親身經(jīng)歷了這一歷史進(jìn)程，退休之后通過(guò)參與對(duì)國(guó)內(nèi)多家企業(yè)的歐美訂貨的攻關(guān)實(shí)踐，深切體會(huì)到改革開(kāi)放以后，我國(guó)的輕合金鑄造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，產(chǎn)能、規(guī)模和質(zhì)量水平都有較大提升，其中由于航空鋁合金鑄造技術(shù)起步早、起點(diǎn)高，國(guó)家對(duì)其的發(fā)展又重點(diǎn)傾斜，所以在軍轉(zhuǎn)民的有利形勢(shì)下，對(duì)我國(guó)期它領(lǐng)域的拓展起到了一定支撐作用。

　　

　　2、壓鑄鋁合金規(guī)范的共性：

　　

　　就壓鑄鋁合金化學(xué)成份組成規(guī)范而言，由于壓鑄成型和凝固的工藝特點(diǎn)，至今有關(guān)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范其統(tǒng)計(jì)表明，主要合金系列基本相同。

　　

　　3、關(guān)于壓鑄鋁合金壓鑄件質(zhì)量水平提升的討論：

　　

　　選擇AI-Si系合金作為壓鑄鋁合金的主體，是基于壓鑄工藝和成型凝固特點(diǎn)所決定的，至今它們也是壓鑄鋁合金中應(yīng)用最廣，生產(chǎn)量最大的合金品種，也正由于這樣暴露的問(wèn)題比較集中，對(duì)許多共性問(wèn)題必須引起關(guān)注。

　　

　　其一，關(guān)于壓鑄件孔洞類(lèi)缺陷的剖析：

　　

　　鋁合金在液態(tài)下，其與空氣中水分發(fā)生反應(yīng)，生成Al2O3和H2，這種Al2O3組織疏松，且比重與鋁相似，容易懸浮在鋁液中并與H2有很強(qiáng)的吸附作用，即可形成吸附核心。在壓鑄鋁合金的O熔制中大量采用的再生鋁，若預(yù)處理不規(guī)范必然造成隱患，這一點(diǎn)在筆者考察日企廣州本田熔鑄生產(chǎn)時(shí)，其在再生鋁的預(yù)處理非常嚴(yán)格和規(guī)范，筆者印象深刻！Al-Si系合金中Si元素是主元素，它不僅比鋁熔點(diǎn)高二倍以上，而且比鋁還輕，是故熔制中為使其均勻化，在高溫下強(qiáng)烈攪拌是必須的，卷入氣體和造成氧化也是必然的，加之，Si元素的加入降低了H2在鋁液中的溶解度，而且粘度和表面張力亦增加，阻礙了鋁液中氣泡的形成和上浮，這些都是Al-Si系壓鑄合金鑄件形成孔洞缺陷的原因所在，為此鋁合金熔煉中隊(duì)合金精煉工序特別重視，以往概念是除氣，許多對(duì)缺陷的失效分析表明，現(xiàn)今對(duì)精煉工序均以凈化處理，即精煉處理過(guò)程，既對(duì)合金除氣又要除渣，否則事倍功半，對(duì)合金的凈化處理裝置也進(jìn)一步優(yōu)化。

　　

　　它是通過(guò)旋轉(zhuǎn)的端頭石墨制轉(zhuǎn)子上的分配孔將純氬氣導(dǎo)入，并以氬氧為載體將精煉熔劑導(dǎo)入進(jìn)行精煉的合金液旋轉(zhuǎn)的渦流中從而起到既除氣又除渣的作用和效果。

　　

　　其二，壓鑄件中金屬間化合物及硬質(zhì)點(diǎn)的解讀：

　　

　　Al-Si系二元系為主的壓鑄合金車(chē)壓鑄件機(jī)械加工過(guò)程常發(fā)現(xiàn)的是硬質(zhì)點(diǎn)，特別是Al-Si-Cu系合金，經(jīng)顯微分析表明，多為金屬間化合物，以三元的為多，也有初晶硅質(zhì)點(diǎn)。

　　

　　這些缺陷的形成在鋁合金壓鑄條件中時(shí)有發(fā)生，一則是壓鑄的預(yù)處理不規(guī)范，烙煉中精煉和凈化過(guò)程不徹底，這些隱患在壓鑄的生產(chǎn)過(guò)程中暴露的特別敏感而同樣的類(lèi)似合金在重力鑄造中卻不易顯現(xiàn)，再者，壓鑄的生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)澆口截面積的大小、比例關(guān)系其涉及流速和紊亂在噴射的形成，若排渣和排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不到位也將導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生，在此需強(qiáng)調(diào)指出在所有鋁合金系列中Al-si系中對(duì)氣體遺性也敏感，因此對(duì)壓鑄合金錠的熔制，原材料的預(yù)處理都需引起關(guān)注，壓鑄中生產(chǎn)對(duì)壓鑄合金錠的入廠驗(yàn)收也需引起重視。

　　

　　其三，承受壓力的壓鑄件氣密性問(wèn)題缺陷的解讀：

　　

　　壓鑄件中承受氣壓和水壓、油壓等耐壓件由于氣密性不足發(fā)生滲漏時(shí)有發(fā)生，特別形狀復(fù)雜、壁厚不均勻的壓鑄件產(chǎn)生類(lèi)似的缺陷也屢見(jiàn)不鮮，我們的體會(huì)是：首先要把好壓鑄件的試制關(guān)，模具設(shè)計(jì)和制造是否能滿足壓鑄件的質(zhì)量是否能達(dá)標(biāo)和穩(wěn)定，更主要看試件的冶金質(zhì)量，其壓鑄件表面質(zhì)量以及透視的內(nèi)部質(zhì)量結(jié)果，而且必須有3~5批的生產(chǎn)試制的穩(wěn)定結(jié)果（少量）最后尚需通過(guò)壓鑄件加工考核，其中對(duì)模具的合格驗(yàn)收是重中之重，它涉及在模具調(diào)試中的澆道設(shè)計(jì)、型腔的熱平衡的分析，排渣排氣道的設(shè)計(jì)，以及循環(huán)、水冷、涂料噴涂，局部冷卻等措施的采取，如果對(duì)壓鑄件的要求氣密性是至關(guān)重要的技術(shù)要求，各種措施的采取仍有不確定性，為確保壓制件的質(zhì)量最后尚需采用浸潤(rùn)處理解決壓力滲漏件是行之有效的措施。

　　

　　二、關(guān)于壓鑄鋁合金延伸和發(fā)展途徑的討論

　　

　　1.概述：

　　

　　近年來(lái)對(duì)壓鑄鋁合金延伸和發(fā)展的討論頗多，許多研究單位和學(xué)校做了許多有成效的工作和嘗試，并取得了可喜的成果，就整個(gè)壓鑄鋁合金的發(fā)展而言，提高其材料的性能和工藝水平是擴(kuò)大鋁合金壓鑄應(yīng)用的關(guān)鍵，就支柱產(chǎn)業(yè)的汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)遇如缸體及齒輪箱殼體等關(guān)鍵件都已成功的大量生產(chǎn)，輪轂的批量成熟生產(chǎn)并大批出口歐美國(guó)家，這些為汽車(chē)的輕量化開(kāi)拓了前景，但如何將壓鑄件從汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)向整車(chē)方面延伸將原有的變形鋁合金制作的焊接件，鉚接件和沖壓件用壓鑄鋁合金取代，從而發(fā)揮壓鑄件整體性增強(qiáng)，剛性好及進(jìn)一步減輕重量，提高生產(chǎn)效能等的優(yōu)勢(shì)，歐美國(guó)家特別是德國(guó)這方面的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明這一切，為此壓鑄鋁合金塑性必須大幅度提高至延伸率大于10%而且要求其強(qiáng)度以其匹配。

　　

　　2.高塑性壓鑄鋁合金的試制和研發(fā):

　　

　　壓鑄鋁合金的高塑性的要求是壓鑄件深入發(fā)展的必然要求，也是擴(kuò)大鋁合金壓鑄應(yīng)用的必經(jīng)之路，多年來(lái)的實(shí)踐表明，它也是壓鑄發(fā)展道路上的瓶頸。我們與美國(guó)通用汽車(chē)GM公司技術(shù)溝通，了解了他們對(duì)高塑性壓鑄鋁合金的基本要求，制定了以Al-si-mn-mg為基礎(chǔ)的合金系研制方案，并通過(guò)嚴(yán)格限制Fe含量并以Sr變質(zhì)處理和通過(guò)熔制時(shí)的凈化處理以及真空壓鑄的實(shí)施方案，得到的多爐測(cè)試壓鑄件和試棒并進(jìn)行T7的固溶處理和高溫時(shí)效處理，并通過(guò)大數(shù)據(jù)的處理，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析表明，最高峰值為18%，這爐的平均數(shù)值為9%~12%這一結(jié)果與GM公司已基本要求相吻，更進(jìn)一步的深入工作有待繼續(xù)。

　　

　　我們也試制了AI-Mg-Si-Mn的非熱處理型的高塑性壓鑄鋁合金的方案，由于熔煉時(shí)高溫下鎂的氧化燃燒和造渣的影響，而且在工廠條件下難于控制，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散難于找到規(guī)律，故暫停了，原設(shè)想若不熱處理，得到壓鑄合金的高塑性，不僅減少工序，縮生產(chǎn)周期，更重要的是高溫的固溶處理是壓鑄合金的一個(gè)難以通過(guò)的一道坎！但以AI-Mg為基的高塑性壓鑄鋁合金德國(guó)做了不少卓有成效工作，其中涉及多工序的密切配合。綜上所述從我們已做的實(shí)踐表現(xiàn)，確定了GM公司的基本合金系列方案是:熔煉中采用凈化處理加上真空壓鑄以及T7的固溶處理和高溫時(shí)效是實(shí)現(xiàn)壓鑄鋁合金高塑性的有效途徑之一。

　　

　　3.討論

　　

　　壓鑄鋁合金是有色合金壓鑄的主體，而AI-Si系列合金又是壓鑄鋁合金的主體，壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是任重而道遠(yuǎn)，它涉及高性能合金的研發(fā)及工藝途徑的開(kāi)發(fā)，實(shí)踐表明，以企業(yè)為中心結(jié)合有關(guān)高校和研究單位的結(jié)合是明智選擇，我們已取得的相關(guān)成果已得到證實(shí)。

　　

　　要實(shí)現(xiàn)壓鑄整體產(chǎn)業(yè)的振興，壓鑄機(jī)性能的提升，壓鑄模具設(shè)計(jì)和制造水平相應(yīng)提高也非常重要，特別是許多國(guó)外技術(shù)軟件引進(jìn)和應(yīng)用，其用什么方法驗(yàn)證？值得斟酌。

　　

　　現(xiàn)有的鋁合金國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)失效，多年來(lái)已失去引用價(jià)值，這是一個(gè)悲哀！所以組織有關(guān)部門(mén)和有關(guān)力量編制符合我國(guó)壓鑄發(fā)展現(xiàn)狀和與國(guó)際接軌的新國(guó)家壓鑄標(biāo)準(zhǔn)是刻不容緩的當(dāng)務(wù)之急！