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压铸凝固过程的缺陷分析之“缩孔”和“缩松”

2020-05-29

摘要

  凝固是一种相变,其本质是材料由液相转化为固相的过程。在压铸过程中,金属液在冲头的作用下以高速充填型腔,并在高压作用下完成凝固。快速凝固是压铸的一大特点,在实际的产品生产过程中,金属的冷却速度往往能达到每秒上百甚至上千摄氏度。在这样快的冷

  凝固是一种相变,其本质是材料由液相转化为固相的过程。在压铸过程中,金属液在冲头的作用下以高速充填型腔,并在高压作用下完成凝固。快速凝固是压铸的一大特点,在实际的产品生产过程中,金属的冷却速度往往能达到每秒上百甚至上千摄氏度。在这样快的冷却速度下,压铸件内部的微观组织往往更加细小,相对于传统铸件来讲,压铸件的综合性能也更高。

  压铸凝固过程的缺陷产生

  与各种成形过程类似,压铸件在凝固过程中也会产生缺陷。这里的“缺陷”指的是有别于铸件基体组织的异类组织,而最常见的凝固缺陷是我们熟知的“气孔”、“缩孔”和“缩松”。

  ·气孔是气体在高压作用下被压到铸件的内部,呈光滑的球状,随机分布。其形成与型腔真空度、脱模剂,以及凝聚在表面的水分汽化有关。

  ·缩孔和缩松是由于凝固收缩,金属液供给不足引起的,其形状不规则,主要分布在铸件最后凝固的区域,如在型腔拐角处过热的区域,厚大铸件的中心区域等。

  缩孔和缩松很难从本质上界定,一般来说,我们认为缩孔是尺寸相对较大的孔洞,而缩松则是相对较小、呈连续分布的孔洞。在压铸过程中,缩松是更为常见的凝固缺陷。从总体上讲,缩松缺陷是由于局部液体补缩不足和异质成分与周边组织热收缩性不同造成的。

  补缩是液体在压力(重力引发或是外力强迫)的作用下向孔洞处流动的一种行为。如果补缩通道畅通,外力作用充分,那么液体会自发地流向并填满孔洞,从而避免缩松的形成。与之相反,如果补缩通道不通畅,或是外力不充分,那么缩松缺陷就会形成。

  异质成分与周边组织热收缩性不同而造成的收缩孔洞是缩松缺陷形成的另一主要原因。所谓异质,主要指与周边基体组织的区别,从实际压铸产品来看,异质主要是指氧化夹杂。这种氧化夹杂主要是在充型过程中金属液体表面的氧化层被卷入液体内部而形成的缺陷。

  以铝合金来讲,这种氧化层主要是氧化铝,而基体组织则主要是由铝枝晶和共晶形成的微观组织,由于氧化铝的热膨胀和热收缩性与周边基体组织有很大区别,因此,在后续凝固过程中会在氧化铝周边形成热收缩空洞,进而形成缩松缺陷。