标题：铸造铝合金
简介
铸造铝合金  
cast aluminium alloy 
可用金属铸造成形工艺直接获得零件的铝合金，铝合金铸件
该类合金的合金元素含量一般多于相应的变形铝合金的含量。
分类
据主要合金元素差异有四类铸造铝合金。
(1)铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在10%～25%。有时添加0.2%～0.6%镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。
(2)铝铜合金，含铜4.5%～5.3%合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。
(3)铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12%，强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。
(4)铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。
铸造铝合金具有与变形铝合金相同的合金体系，具有与变形铝合金相同的强化机理﹙除应变强化外﹚，他们主要的差别在于：铸造铝合金中合金化元素硅的最大含量超过多数变形铝合金中的硅含量。铸造铝合金除含有强化元素之外，还必须含有足够量的共晶型元素﹙通常是硅﹚，以使合金有相当的流动性，易与填充铸造时铸件的收缩缝。目前基本的合金只有以下6类；
① AI-Cu合金, ② AI-Cu-Si合金 ③ AI-Si合金 ，④ AI-Mg合金 ， ⑤AI-Zn-Mg合金 ，⑥ AI-Sn合金。
铸造铝合金的牌号及成分
合金牌号合金代号主要元素（质量分数）(%)​​SiCuMgZnMnTiZAlSi7MgZL1016.5～7.5​0.25～0.45​​​​余量ZAlSi7MgAZL101A6.5～7.5​0.25～0.45​​0.08～0.20​余量ZAlSi12ZL10210.0～13.0​​​​​​余量ZAlSi9MgZL1048.0～10.5​0.17～0.35​0.2～0.5​​余量ZAlSi5Cu1MgZL1054.5～5.51.0～1.50.4～0.6​​​​余量ZAlSi5Cu1MgAZL105A4.5～5.51.0～1.50.4～0.55​​​​余量ZAlSi8Cu1MgZL1067.5～8.51.0～1.50.3～0.5​0.3～0.50.10～0.25​余量ZAlSi7Cu4ZL1076.5～7.53.5～4.5​​​​​余量ZAlSi12Cu2Mg1ZL10811.0～13.01.0～2.00.4～1.0​0.3～0.9​​余量ZAlSi12Cu1Mg1Ni1ZL10911.0～13.00.5～1.50.8～1.3​​​Ni0.8～1.5余量ZAlSi5Cu6MgZL1104.0～6.05.0～8.00.2～0.5​​​​余量ZAlSi9Cu2MgZL1118.0～10.01.3～1.80.4～0.6​0.10～0.350.10～0.35​余量ZAlSi7Mg1AZL114A6.5～7.5​0.45～0.60​​0.10～0.20Be0.04～0.07余量ZAlSi5Zn1MgZL1154.8～6.2​0.4～0.651.2～1.8​​Sb0.1～0.25余量ZAlSi8MgBeZL1166.5～8.5​0.35～0.55​​0.10～0.30Be0.15～0.40余量ZAlCu5MnZL201​4.5～5.3​​0.6～1.00.15～0.35​余量ZAlCu5MnAZL201A​4.8～5.3​​0.6～1.00.15～0.35​余量ZAlCu4ZL203​4.0～5.0​​​​​余量ZAlCu5MnCdAZL204A​4.6～5.3​​0.6～0.90.15～0.35Cd0.15～0.25余量ZAlCu5MnCdVAZL205A​4.6～5.3​​0.3～0.50.15～0.35Cd0.15～0.25
V0.05～0.3
Zr0.05～0.2
B0.005～0.06余量ZAlRE5Cu3Si2ZL2071.6～2.03.0～3.40.15～0.25​0.9～1.2​Ni0.2～0.3
Zr0.15～0.25
RE4.4～5.0余量ZAlMg10ZL301​​9.5～11.0​​​​余量ZAlMg5Si1ZL3030.8～1.3​4.5～5.5​0.1～0.4​​余量ZAlMg8Zn1ZL305​​7.5～9.01.0～1.5​0.1～0.2Be0.03～0.1余量ZAlZn11Si7ZL4016.0～8.0​0.1～0.39.0～13.0​​​余量ZAlZn6MgZL402​​0.5～0.655.0～6.5​0.15～0.25Cr0.4～0.6余量
铸造铝合金的缺陷及分析
一 氧化夹渣缺陷特征：氧化夹渣多分布在铸件的上表面，在铸型不通气的转角部位。断口多呈灰白色或黄色，经x光透视或在机械加工时发现，也可在碱洗、酸洗或阳极化时发现 　
产生原因： 　
1．炉料不清洁，回炉料使用量过多 　
2.浇注系统设计不良 　
3．合金液中的熔渣未清除干净 　
4．浇注操作不当，带入夹渣 　
5.精炼变质处理后静置时间不够 　
防止方法： 　
1．炉料应经过吹砂，回炉料的使用量适当降低 　
2．改进浇注系统设计，提高其挡渣能力 　
3.采用适当的熔剂去渣 　
4．浇注时应当平稳并应注意挡渣 　
5．精炼后浇注前合金液应静置一定时间
二 气孔 气泡缺陷特征：三铸件壁内气孔一般呈圆形或椭圆形，具有光滑的表面，一般是发亮的氧化皮，有时呈油黄色。表面气孔、气泡可通过喷砂发现，内部气孔 气泡可通过X光透视或机械加工发现气孔 气泡在X光底片上呈黑色。
产生原因： 　
1．浇注合金不平稳，卷入气体 　
2．型(芯)砂中混入有机杂质(如煤屑、草根 马粪等) 　
3．铸型和砂芯通气不良 　
4．冷铁表面有缩孔 　
5．浇注系统设计不良 　
防止方法 ： 　
1．正确掌握浇注速度，避免卷入气体。 　
2．型(芯)砂中不得混入有机杂质以减少造型材料的发气量 　
3．改善(芯)砂的排气能力 　
4．正确选用及处理冷铁 　
5．改进浇注系统设计
三 缩松缺陷特征：铝铸件缩松一般产生在内浇道附近飞冒口根部厚大部位、壁的厚薄转接处和具有大平面的薄壁处。在铸态时断口为灰色，浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在x光底片上呈云雾状严重的呈丝状缩松可通过X光、荧光低倍 断口等检查方法发现。　
产生原因： 　
1．冒口补缩作用差 　
2．炉料含气量太多 　
3．内浇道附近过热 　
4．砂型水分过多，砂芯未烘干 　
5．合金晶粒粗大 　
6．铸件在铸型中的位置不当 　
7．浇注温度过高，浇注速度太快 　
防止方法： 　
1．从冒口补浇金属液，改进冒口设计 　
2．炉料应清洁无腐蚀 　
3．铸件缩松处设置冒口，安放冷铁或冷铁与冒口联用 　
4．控制型砂水分，和砂芯干燥 　
5．采取细化品粒的措施 　
6．改进铸件在铸型中的位置降低浇注温度和浇注速度
四 裂纹缺陷特征 : 　
1．铸造裂纹。沿晶界发展，常伴有偏析，是一种在较高温度下形成的裂纹在体积收缩较大的合金和形状较复杂的铸件容易出现 　
2．热处理裂纹：由于热处理过烧或过热引起，常呈穿晶裂纹。常在产生应力和热膨张系数较大的合金冷却过剧。或存在其他冶金缺陷时产生 　
产生原因： 　
1．铸件结构设计不合理，有尖角，壁的厚薄变化过于悬殊 　
2．砂型(芯)退让性不良 　
3．铸型局部过热 　
4．浇注温度过高 　
5．自铸型中取出铸件过早 　
6．热处理过热或过烧，冷却速度过激 　
防止方法: 　
1．改进铸件结构设计，避免尖角，壁厚力求均匀，圆滑过渡 　
2．采取增大砂型(芯)退让性的措施 　
3．保证铸件各部分同时凝固或顺序凝固，改进浇注系统设计 　
4．适当降低浇注温度 　
5．控制铸型冷却出型时间 　
6．铸件变形时采用热校正法 　
7．正确控制热处理温度，降低淬火冷却速度
气孔分析压铸件缺陷中，出现最多的是气孔。 　
气孔特征。有光滑的表面，形状是圆形或椭圆形。表现形式可以在铸件表面、或皮下针孔、也可能在铸件内部。
（1）气体来源 　
1） 合金液析出气体—a与原材料有关 b与熔炼工艺有关 　
2） 压铸过程中卷入气体&not;—a与压铸工艺参数有关 b与模具结构有关 　
3） 脱模剂分解产生气体&not;—a与涂料本身特性有关 b与喷涂工艺有关 　
（2）原材料及熔炼过程产生气体分析 　
铝液中的气体主要是氢，约占了气体总量的85%。 　
熔炼温度越高，氢在铝液中溶解度越高，但在固态铝中溶解度非常低，因此在凝固过程中，氢析出形成气孔。 
氢的来源： 　
1） 大气中水蒸气，金属液从潮湿空气中吸氢。 　
2） 原材料本身含氢量，合金锭表面潮湿，回炉料脏，油污。 　
3） 工具、熔剂潮湿。 　
（3）压铸过程产生气体分析 　由于压室、浇注系统、型腔均与大气相通，而金属液是以高压、高速充填，如果不能实现有序、平稳的流动状态，金属液产生涡流，会把气体卷进去。 　
压铸工艺制定需考虑以下问题： 　
1） 金属液在浇注系统内能否干净、平稳地流动，不会产生分离和涡流。 　
2） 有没有尖角区或死亡区存在？ 　
3） 浇注系统是否有截面积的变化？ 　
4） 排气槽、溢流槽位置是否正确？是否够大？是否会被堵住？气体能否有效、顺畅排出？ 　
应用计算机模拟充填过程，就是为了分析以上现象，以作判断来选择合理的工艺参数。 　
（4）涂料产生气体分析 　涂料性能：如发气量大对铸件气孔率有直接影响。 　
喷涂工艺：使用量过多，造成气体挥发量大，冲头润滑剂太多，或被烧焦，都是气体的来源。 　
（5）解决压铸件气孔的办法 　
先分析出是什么原因导致的气孔，再来取相应的措施。 　
1） 干燥、干净的合金料。 　
2） 控制熔炼温度，避免过热，进行除气处理。 　
3） 合理选择压铸工艺参数，特别是压射速度。调整高速切换起点。 　
4） 顺序填充有利于型腔气体排出，直浇道和横浇道有足够的长度（>50mm），以利于合金液平稳流动和气体有机会排出。可改变浇口厚度、浇口方向、在形成气孔的位置设置溢流槽、排气槽。溢流品截面积总和不能小于内浇口截面积总和的60%，否则排渣效果差。 　
5） 选择性能好的涂料及控制喷涂量。
解决铸造铝合金缺陷的措施
1、设备调整由于每一种缺陷的产生原因来自多个不同的影响因素，因此在实际生产中要解决问题，面对众多原因到底是非功过先调机？还是先换料？或先修改模具？建议按难易程度，先简后复杂去处理，其次序： 　
1） 清理分型面，清理型腔，清理顶杆；改善涂料、改善喷涂工艺；增大锁模力，增加浇注金属量。这些靠简单操作即可实施的措施。 　
2） 调整工艺参数、压射力、压射速度、充型时间、开模时间，浇注温度、模具温度等。 　
3） 换料，选择质优的铝合金锭，改变新料与回炉料的比例，改进熔炼工艺。 　
4） 修改模具，修改浇注系统，增加内浇口，增设溢流槽、排气槽等。 　
例如压铸件产生飞边的原因有： 　
1） 压铸机问题：锁模力调整不对。 　
2） 工艺问题：压射速度过高，形成压力冲击峰过高。 　
3） 模具问题：变形，分型面上杂物，镶块、滑块有磨损不平齐，模板强度不够。解决飞边的措施顺序：清理分型面→提高锁模力→调整工艺参数→修复模具磨损部位→提高模具刚度。从易到难，每做一步改进，先检验其效果，不行再进行第二步。
2、原材料添加剂在[1]铸造铝合金中添加稀土可以有效的改善铸造铝合金的缺陷。
1.稀土在铝合金中的精炼作用 
铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用。稀土元素可以改善夹杂物形态，净化晶界。采用真空吸铸法研究了Al RE中间合金对A356合金 流动性的影响，实验结果证明合金熔体中加入适量的稀土元素，能够使固液相线温度差减少，减小合金的糊状凝固趋势，并且降低合金熔体表面张力，此外还有去气、除杂的精炼作用，这都会使熔体流动性提高，粘度降低，有利 于夹杂物和气体的排除。 
已研究开发出一种含有稀土化合物的铝合金新型熔剂，该熔剂通过发生一系列的物理和化学反应，不仅可使A356合金熔体720℃时的含氢量由大于0.30ml/100g(Al)下降到0.10 ml/100g(Al)以下，除气效果显著，并使A356合金的室温抗拉强度提高7.27%，延伸率提高85.58%。但是，过量的稀土元素也会加剧富RE相的聚集，成为夹杂物，从而降低合金熔体的流动性。 
2.稀土对铝合金的细化作用
有目的地抑制柱状晶和双柱状晶生长，促进细小等轴晶形成，这种工艺过程就叫作晶粒细化处理。由于晶粒得以细化，合金的性能得到提高，同时还使缩松、热裂、针孔等缺陷下降。细化处理的最基本方法是抑制形核，以及向熔体中添加晶粒细化剂的外来形核质点。目前，添加细化剂的方法成为最有效、最实用的方法。铸造铝合金中常用的共有三种类型的晶粒细化剂：二元Al－Ti合金、二元Al－B合金和三元Al－Ti－B合金。中间合金(晶粒细化剂)加入到铝合金熔体中发生溶解，释放出金属间化合物相，成为外来形核核心。 
在铝合金中加入稀土，既可细化晶粒，也可明显细化枝晶组 织(减小二次枝晶间距)，其最佳效果对应于不同的稀土含量。但是，其细化效果弱于Ti、B等元素。稀土加入的临界值与合金的 熔炼、浇铸条件有密切关系。只有在一定的生产工艺条件下，一定量的稀土才会有最好的细化效果。 
采用一般细化剂，随着铝液 静置时间的延长，细化效果逐渐衰退；采用 Al－5Ti－1B－10RE中间合金，稀土元素能阻止细化元素发生聚集、沉淀，对Ti、B的细化作用有一定的促进作用，可有效抑制铝硅合金长时间静置过程中晶粒尺寸的衰退，适合于大批量生产汽车铝合金铸件。
3.稀土对铝硅合金的变质作用
铸造Al－Si合金中Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，它严重割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而需要将它改变成有利的形态。变质处理使共晶Si由粗大的 片状变成细小纤维状或层片状，从而提高合金性能。迄今已发现，碱金属中的K、Na，碱土金属中的Ca、Sr，稀土元素Eu、La、Ce和混合稀土，氮族元素Sb、Bi，氧族元素S、Te等均 具有变质作用。在Al－Si合金中，添加铝 稀土中间合金或稀土氯化物和氟化物，可使共晶Si相由片条状变成球粒状。不同稀土的变质能力不同，大体上随着原子半径由大变小，变质能力由强变弱。 
稀土变质剂具有很好的长效性和重熔稳定性，吸气倾向小，无污染、加入工艺简便、 无腐蚀作用。研究结果表明，含La为0.056%变质后的合金，重熔10次，每次取样进行金相检验，发现最终仍有变质效果，La的最终浓度仍有0.035%，仍处于最佳变质范围之内。0.3 %混合稀土变质合金，重熔5次，发现最终仍有良好变质效果。 
变质工艺直接影响着稀土的变质效果。对Al－Si合金，获得稳定变质组织的关键是减 少稀土的烧损，并防止稀土的偏聚，使稀土迅速均匀地扩散到铝液中。稀土变质有一潜伏期 ，即必须在高温下保持一定时间，稀土才能发挥最大变质作用。