文：重庆小康动力有限公司 谢书中
摘 要：在铝合金压铸生产过程中，毛坯深腔厚大位置易产生表层破裂现象。以我司某压铸离壳为例，本文定义了表层破裂缺陷，界定了表层破裂与裂纹的区分标准，并对表层破裂现象进行了成因分析。结果表明：表层破裂可通过打磨抛光法去除，作为返修类缺陷处理，未影响到产品质量。为了从根本上压铸件消除表层开裂问题，采取控制缺陷点位置模具温度、喷涂润滑效果、优化工艺参数等措施，有效解决了此问题的再次发生，对铸件在生产实践过程中发生此问题有着重要的指导参考意义。
关键词：压铸毛坯；表层破裂；区分标准；控制措施
压力铸造是是指在高压作用下，将液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模具型腔，并在压力状态下结晶凝固，获得压铸件的工艺方法。因其具有生产效率高，工序简单，铸件公差等级较高，表面粗糙度好，表面组织致密，具有较高的强度和硬度，可以省去大量的机械加工工序，节约原材料等优点，所以现在广泛地应用到汽车、摩托车、家电、通信、计算机、纺织等各个行业之中。因压铸件结构及局部壁厚受到设计需要限制，不可能全面消除铸件局部位置的凹凸、深腔，因此，普通压铸工艺不可避免会导致压铸件产生气孔、氧化夹杂、冷隔、薄厚差较大的裂纹、欠铸等铸造缺陷。其中，因铸件结构、形状导致的薄厚差较大的裂纹常有发生，如果将这些所谓的裂纹缺陷在生产过程中进行详细的特征区分。会发现有一种裂纹缺陷，其主要特征为铸件表皮层破裂的现象，深度通常在
0.1-0.3mm 之间，采用一定的方法能够去除，且该缺陷通常易发生于铸件凹凸、深腔等模具热节部位。目前为止，对于此缺陷的描述、处理办法及相关内容研究的较少。本文以实际生产为基础，对压铸件表层破裂现象进行了详细的描述，防止其与穿透性裂纹产品发生混淆，造成产品报废，并提出了切实有效的现场处理办法，来杜绝该缺陷的产生。
1. 铸造工艺设计
我司前箱壳体材料采用 JIS 牌号 ADC12，为Al-Si-Cu 系合金，其化学成分如表 1 所示。从表 1可以看出 ADC12 铝锭硅含量为 9.6-12%，属于亚共晶合金（共晶点 12.6%）。该合金过热度不高时具有良好的流动性，线收缩率小，结晶温度范围小，具有一定的高温固态强度，与金属型腔不发生化学反应，亲和力小等特点。
图 1a)所示为我司某产品 3D 示意图。外形尺寸为 56x351x202mm，最大壁厚 30mm，最小壁厚4.0mm，产品重量 5.36kg。浇注温度控制在635-660℃范围内。产品关重的一项质量要求就是：0.1-0.2Mpa 气压下水试测漏，保压 10s，要求无泄漏。我司生产过程中的一批产品在图 1 b)红色箭头所示位置出现缺陷，判定为表层破裂缺陷。经水试测漏检测合格；通过外力检测，在外力作用下无发展趋势；经过打磨方法可以去除。
2. 铸件表层破裂缺陷的特征
图 2（a）所示为表层破裂图片，（b）为其对应位置的断面图。该缺陷出现于产品位置 A 处，此处的铸件壁厚差较大，剖检分析，该缺陷未伤及到铸件厚壁基体。通过参考铸件缺陷类别评判标准，我司将压铸件缺陷的分类标准大致分为 A、B、C三大类：A 类缺陷为报废缺陷、B 类缺陷为返修类缺陷或需经打磨清除后方可认定为合格的毛坯、C 类缺陷为可让步接收的合格毛坯。根据毛坯产品不同的缺陷现象来对应不同的缺陷类别。表层破裂缺陷与产品裂纹有着本质上的区别，从宏观上看有明显的差异，如表 2 所示。
从微观上来看，表层破裂的产品断面基体组织中含有细小的 α-固溶体，共晶硅呈短条状，分布较均匀，无明显铁相夹杂物，基体组织特征与正常的前箱产品基体断面组织无差异，如图 3（a）所示。而真正的穿透性裂纹源处基体组织附近的组织疏松，沿着裂纹两侧有大量的黑色小针孔，α-固溶体细小，枝晶与共晶硅分布不均匀，有聚集的现象，部分初晶硅为小块状，少量针状、鱼骨状铁相夹渣物，如图 3（b）所示。
3. 表层破裂形成原因分析
压铸件产生缺陷的原因大致可以分为几点：铸件结构因设计需要薄厚差较大存在凹凸深腔，模具温度场分别不均匀；材料及熔炼过程不合理；压铸工艺参数不当等。根据产品表层破裂缺陷的位置（如图1 b)所示）分析来看，模具温度、压铸过程及浇排系统对产品表层破裂具有重要的影响。当铸件在冷凝过程中，由于合金液补偿不足或模具刚性不够，造成铸件表面先填充凝固层因内部收缩而出现的皮层破裂的现象，其深度较浅，一般小于压铸件致密层（约0.3mm）的厚度，如图4所示。
3.1 模具温度场的影响
图5所示为前箱毛坯产品压铸模具，可见由于产品结构的特殊性，动模B位置处于凸出的孤岛结构。在铝液填充型腔过程中，该位置受到铝液包裹的影响，由于铝液传递给该位置的温度较高，而温度通过该位置向外传递热量的能力较慢，导致该位置出现拉模严重，进而使得该位置先凝固表面层易被拉裂，形成表层破裂。同时，因孤岛结构在喷涂后，该处模具温度急剧下降，孤岛表面层温度较低，铝液高速充填时产品厚大部位表层先凝固，但随着压射过程的不断进行，铝液热量向孤岛急剧传递，增压打开后，此时产品厚大部位的内部才开始补缩凝固，
导致出现表层破裂的部位温度又迅速升高，由于热胀冷缩的缘故，是该处发生表层出现破裂的原因之一。
3.2 压射过程的影响
图6所示为压射过程示意图，压射过程中，在未开启增压之前，快压射推动压射活塞杆高速运动，形成快压射冲击峰。快速对铝液产生充填作用，主要克服铝液在内浇口的阻力，确保金属液填满型腔。然而由于出现表层破裂位置处于浇口远端处，压力损失、快速充填阻力较大，且快速压力不能满足该孤岛壁厚差较大位置的补缩作用，导致位于进浇口远端位置铝液先凝固。随着压射过程的持续进行，增压开启，推动活塞杆，再次形成增压冲击峰，压射活塞施加于金属液上的静压强，该力作用到浇口远端的先凝固部位，再次形成了压力峰作用，当增压压力峰超过先前快速压力补缩的先凝固层的最大承载力时，先凝固层就会出现破裂现象，但此压力峰不足以达到对先凝固层内部基体造成损害，最终出现了铸件毛坯局部位置表层破裂的现象。
4. 表层破裂防止对策
4.1 控制缺陷点位置的温度
根据产品结构特点，对处于模具孤岛部位（图5（b）中 B 所示位置）进行打磨抛光，增大铸造圆角，利用铝液充填和增压补缩顺畅。同时，控制铝液浇注温度，若浇注温度过高，易表层破裂；浇注温度过低，尽管可以降低表层破裂风险，但增加了冷隔、压铸花等缺陷。此外，因孤岛位置无法在模具上实现内部点冷却，调整孤岛位置的喷涂冷却状况也是防止缺陷的重要措施，喷涂一方面起冷却作用，另一方面起润滑作用，其目的在于防止产品出现粘模现象。为避免产品出现冷隔、裂纹、表层破裂等缺陷，严格控制喷涂的时间和喷涂量，以及喷涂雾化效果，避免洒水式的强制喷涂冷却方式。经工艺调试试验，得出浇注温度控制 在 645℃左右，脱模剂比例处于1:(80-120)，缺陷对应位置点喷涂时间在 2s 时是产品获得优质的最佳温度，前箱产品表层破裂现象明显减少。
4.2 控制工艺参数
针对该产品的浇排系统，为了防止处于浇口远端的表层破裂，采取调整二快位置进行控制。经实践证明，二快位置设定在470mm与原二快位置485mm相比，增压减少了远端因快速充填有过早凝固层的趋势。增压起点由原来的650mm的位置控制设定为50bar压力触发控制，并确保增压建压时间在45ms以内，满足快速完毕之后增压补缩的有效、及时性，该缺陷得到了有效的控制。
5. 结论
(1) 控制因产品结构设计带来的孤岛位置的温度，能有效解决在实际生产过程中带来的缺陷。
(2) 综合产品结构，合理优化压射过程工艺参数等方式，也能有效解决类似产品表层破裂的产生。
(3) 生产、品检过程中识别压铸件表层破裂和裂纹缺陷，减少浪费，节约生产成本，对生产实践有重要的参考意义。
