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摘　要:泊头嘉洁汽车部件有限公司探讨分析铝合金压铸件中硬质点的种类及成因,提出解决这些硬质点问题的技术预防措施

广泛用于机械行业的铝合金压铸件,由于多种原因在生产线上进行切削加工时,常常会出现硬质点而使刀具崩坏,也常因铸件基体材质较硬而引起加工表面不光滑和尺寸超差,造成不少加工废品。泊头嘉洁汽车部件有限公司针对这些硬质点出现在加工后的压铸件表面上,呈黑色或白亮的不规则点状物或块状物,严重时这些硬质点遍布于整个加工表面,不仅恶化了加工性能和加工质量,而且降低了加工生产的效率。所谓“硬质点”是指铸件上硬度高于金属本体的细小质点或块状物,它会使刀具磨损严重,有时甚至引起断裂。对于压铸件中的硬质点,文献[1]认为:其中既包含有氧化铝等非金属夹杂物,也包含有AlSiMnFe等硬质金属间化合物。文献[2]则认为:含Fe金属杂质相是硬质点的主要组成部分。

1         硬质点的分布形貌及种类

一种是以金属氧化物为主要成分的非金属硬点,一般HV值为200～1400;另一类是由硅及金属间化合物组成的金属性硬点,它们的硬度值一般较高。前者比较粗大,在较低倍数下即可观测到,其中有点状、线状、团絮状和片状等等;后者夹杂以弥散状质点形式存在,低倍下不易观测到。由于实际生产中非金属硬质点和金属性硬质点混合存在,它们都不同程度地影响切削加工性能,造成切削刀具受损,废品增多。下面简述分析两类夹杂的性状、来源及预防措施。



1.1非金属性硬质点

1.1.1　非金属性硬质点的种类

1)刚玉类,即氧化铝,呈多孔状(HV值约为680)或深色无孔(HV值约为1350),部分夹杂中包含有NaCl,以及硫的化合物等熔剂残留物质。(注:载荷0.245N)

2)尖晶石,即铝镁氧化合物,其HV值1127(注:载荷0.98N)3)硅酸盐类,即包含有氧化铝、氧化钙、氧化硅的结晶化合物,其HV值1351。(注:载荷0.49N)4)碳化物类,其包含有碳化铝和碳氧化铝的混合物,其HV值与刚玉相当,且还有NaCl、NaF及硫和钙等残余物质。

1.1.2　非金属硬质点的来源分析及预防措施上述几种夹杂的来源比较复杂。从金属锭的生产到压铸件所有工序阶段中,都可能产生夹杂物污染。

1)混入了金属液表面的氧化物

文献[1、3]均指出:当铝液温度较高、停放时间较长时,所形成的氧化铝即由较软的γ-氧化铝向坚硬的α-氧化铝(刚玉)转变,铝液中的夹杂物通常是二者的混合物,对炉壁所附氧化渣的X光结构分析结果可以证实。

预防措施:①应定期清除金属液表面及炉壁上的氧化物残渣。②压铸时不要把金属液表面的氧化物舀入勺中。③经常清理勺子等熔炼工具上的氧化物

2)混入了金属液同耐火砖发生反应的混合物

金属液与耐火砖反应生成的硬质点的主要成分为α-氧化铝、α-氧化硅,文献[5-6]认为氧化硅在高温下有可能与铝液发生反应,最后生成复合氧化结瘤物。

预防措施:①要使用不与铝合金液发生反应的耐火砖和灰砖。②定期更换炉衬材料。

3)混入金属镁同铝液反应生成物文献[5-6]讲合金中含有0.3%以下的镁,高温下镁优先于铝氧化,生成铝镁复合氧化物。

4)精炼剂的残余物在分析精炼剂样品中发现有熔剂的残留在金属液中形成硬质点。因此在选择熔剂时应考虑熔剂与铝液反应产物易于扒渣的清除。

5)混入石英砂等造型材料等形成的硬质点清除干净坩埚表面的造型材料,喷砂处理后再上涂料。

1.2　金属性硬质点

1.2.1　金属性硬质点的种类

1)AlSiMnFe化合物

占块、条状金属杂质相的大部分,试样经0.5%HF水溶液浸蚀后在显微镜下观察,呈橙黄色或棕黄色,为多边形块状或粗条状,其边界不受浸蚀。硬度平均HV630。(载荷0.098N)

2)初晶硅

相多出现多边形或不规则块状,试样经0.5%HF水溶液浸蚀后Si相呈青灰色,边界易受浸蚀,可由此与AlSiMnFe相区分。平均显微硬度为HV1050,与文献[7,8]中初晶硅的显微硬度值相当(HV900～1300)

3)富Ti化合物

多出现不规则条、块状,呈亮白色(灰白色)条、块状。平均显微硬度HV950。

1.2.2　金属硬质点的来源分析及预防措

AlSiMnFe化合物的形成是由于铝液中的Fe,Mn等元素有向铝液下部偏析的倾向,当合金中Fe杂质含量较高和Mn量较多时,以及铝液温度偏低、停放时间较长时,这种偏析倾向也更为强烈,使Al2SiMnFe化合物在铝液底部析出、长大,形成硬质点。Fe,Mn含量对AlSiMnFe化合物形成也有很大的影响,文献[2]给出了经验公式:ω(Fe)+ω(Mn)+ω(Cr)≤K,K值与合金成分、铝液温度有关

合金在含Ti量偏高时,Ti元素也有向铝液下部偏析的倾向,形成较粗大的富Ti化合物相。

预防措施:①严格控制铝合金中Fe、Mn、Ti的含量。②对品质低的原材料要在较高的温度下熔炼。③采用铁质坩埚时内表面应有耐火层及耐火涂料,铁质熔炼工具表面刷耐火涂料。④避免使用坩埚底部的残余铝合金溶液再浇注铸件,定期清理炉壁、炉底的残渣。

当合金中的含Si量接近、超过共晶成分(12.5%),或合金成分不均匀,局部Si量过高时,均会有块状初晶硅相形成;在共晶和亚共晶铝硅合金中,由于长时间低温保温会析出一部分初晶硅。



预防措施:①配制铝硅中间合金时应注意使硅晶体完全溶解。②应尽可能缩短保温时间且保温温度不宜过低。③对原材料应控制其金相组织中的初晶硅数量保证不超过12.5%。④控制熔炼温度,熔化时保持稍高温度,熔化后及保温炉中不能加冷料锭。

2　结语
通过泊头嘉洁汽车部件有限公司的分析可以看出,硬质点的形成与原材料的准备、熔炼工具准备、熔化工艺和保温过程等有关。因此,要彻底解决硬质点问题,必须严格原材料的准入,按照相应的技术标准验收;严格控制熔化和保温工艺;合理选用压铸辅助材料;同时,还要考虑人的因素,制定压铸操作者工艺规范及要点