邬　鸣
南京宁铁有色合金科技开发有限公司

摘要:对A380铝合金压铸件缺陷产生的原因进行了分析。
关键词:A380铝合金;压铸;缺陷
引　言
A380铝合金由于其物理、化学、铸造和机械性能较好,在全世界范围得到了广泛应用。一批用压铸方法生产的A380铝合金零件在机加工过程中,发现零件表面有些地方难以加工、表面加工质量较差,刀具磨损严重。用眼睛即可观察到加工之后的表面存在着分布不均匀的亮斑及小于5 mm×2 mm的多处表面剥落,但未发现铝合金压铸件常见的针孔缺陷。
为此对该批铝合金零件的质量进行检检,并用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对压铸件缺陷进行检测分析。
1　试验方法
1.1　化学成分
　铝合金零件的化学成分采用德国MAX型直读光谱仪,按GB/T7999-2007《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》进行分析。
1.2　针孔度
铝合金零件的针孔度按GB 10851-1989《铸造铝合金针孔》规定进行检测。
1.3　外观质量、断口组织
铝合金零件外观质量、断口组织按GB/T8733-2007《铸造铝合金锭》规定进行检测。
1.4　扫描电镜和X射线能谱分析
铝合金零件缺陷部位的扫描电镜和X射线能谱分析分别采用日立S3400N型扫描电子显微镜和HORIBA EX-250型X射线能谱仪。
2　试验结果
2.1　化学成分
　该批铝合金零件总重约21 000 kg,共分4炉批号,检测分析结果见表1。检测结果表明,该批铝合金锭的化学成分完全符合ASTM B179和GB/T 8733-2007标准中关于A380.1铝合金锭化学成分的规定。

2.2　针孔度检验
铝合金锭的针孔度检测结果为1～2级,见图1。表明铸锭中的气体(主要是氢)含量较低,符合GB10851-1989《铸造铝合金针孔》的规定。

2.3　外观质量
铝合金零件外观质量表面光洁、无霉斑腐蚀、无外来夹杂物、无分层、无裂纹,符合GB/T8733-2007《铸造铝合金锭》规定。
2.4　断口组织
铝合金零件断口组织断口致密、呈银白色,无熔渣及外来夹杂物,符合GB/T8733-2007《铸造铝合金锭》。
2.5　样品表面剥落缺陷分析
选取样品表面剥落区域在电子显微镜下观察,发现缺陷处组织不致密,有疏松缺陷的特征,见图2,3;断口呈沿晶断口的特征,见图4。

2.6　断口组织分析
将样品折断,用扫描电子显微镜观察其断口组织,其形貌如图5所示。由图5可以看出,在压铸件表面下约1 mm附近,存在着铝合金压铸件常见的“冷豆”缺陷,在压铸件表层下存在聚集状夹渣。用X射线能谱仪对两个冷豆进行点分析,结果见表2和图6,7,其成分并不一样。对聚集状夹渣的能谱分析结果见图8,由图8可知C,O,Fe,Ca等杂质含量很高。

3　压铸件缺陷原因分析
3.1　硬点、亮斑和基体剥落产生原因
　对于Al-Si-Cu类型铝合金,由于压铸工艺、合金凝固等因素影响,会造成成分和组织的偏析。共晶硅集中处是硬点(HV 1 320),共晶硅少而a(Al)固溶体多的部位则硬度较低、加工粘刀,在切削力作用下a(Al)变形使加工面出现白斑。Cu元素偏析的区域易形成粗大的Al2Cu相(HV560),也是一种较硬的相,且呈白亮色。杂质元素尤其是Fe混入熔液,Fe与Al生成FeAl3相是硬质点(HV960),或生成AlFeSi相,硬度HV578。这些较硬的相都会使基体组织脆性增加,刀具磨损严重,加工困难,甚至使基体剥落。 

3.2　疏松和少量气孔产生原因
在压铸件表面没发现铝合金常见的针孔缺陷,铝铸造合金锭的针孔度复检说明锭中的气体含量较低,且压铸产生疏松的状况较砂型少得多,出现少量疏松和气孔主要与铸造工艺相关。
3.3　夹杂、夹渣产生原因#p#分页标题#e#
氧化物夹杂是由于铝液和炉气中的O2,CO,CO2,H2O等发生反应,生成Al2O3夹杂物,浇注操作不当造成。而夹渣是由于熔剂在变质处理、熔剂精炼覆盖工艺中没有让熔剂和渣充分上浮排除,熔炼工具不清洁、工模具上的涂料不牢固,带入熔液或型腔都会使铸件产生夹杂和夹渣缺陷。
3.4　冷豆产生原因
冷豆是压铸件的主要缺陷之一,冷豆通常位于铸件表皮下或嵌入铸件内部,它与浇注系统设计不良、压铸速度过快相关。液态金属注入型腔发生飞溅,金属珠迅速冷凝结晶,由于表面有氧化膜,使它不能与周围液体相熔合,而是镶嵌在基体中,并保留清晰界面和细小缝隙。由于其冷速快、硬度较高,会引起切削力不均匀,降低刀具寿命。冷豆在基体内部造成局部应力不均匀,受力时它会成为裂纹源,如图9所示即为以冷豆为裂纹源而造成的二次裂纹。该批铝合金铸件中很靠近的2个冷豆的成分相差很大,其中一个冷豆中的C,O,Pb,Fe,Zn,Ca
等杂质元素含量很高,表明铝合金熔液受到了污染。

4　结束语
A380铝合金零件在机加工后出现亮斑、孔洞、表面剥落、冷豆等缺陷,是由于压铸工艺、合金凝固、浇注操作不当或铝合金熔液受到污染造成的。