铝铸件微观孔洞形成的研究概况

铝铸件微观孔洞形成的研究概况
1、压铸铝合金
工业生产中较为常见的压铸合金主要包含铝合金、锌合金、镁合金等熔点较低的有色合金。近些年我国汽车行业迅速扩张，而压铸铝合金在汽车零部件中应用最为广泛，其合金种类得到了快速发展。
常用的压铸铝合金，主要分为三大类;一是铝硅合金，主要包含ADC 1, ADC3等;二是铝硅铜合金，主要包含ADC10, ADC12, ADC14等;三是铝镁合金，主要包含ADC_5、ADC6等。
铝铸件的性能特点及应用。对于铝硅合金和铝硅铜合金而言，硅含量通常在6-12%之间，硅元素主要起到提高合金液流动性的作用;其中铜元素主要起到提高强度的作用，此外，铜还会降低固相线，使得凝固范围变宽，降低液态金属的流动性(增加孔隙率)，增加热裂倾向。由于铜在铝中的溶解度约为4%，其含量不宜超过4%-5%;铁含量通常在0.7-1.2%之间，在此比例之内，工件的脱模效果最佳，但铁元素会形成金属间化合物并降低铸件力学性能，压铸中铁含量不宜超过20%。铝镁合金的凝固范围宽、收缩倾向大，经常产生缩松和裂纹，铸造性能差。因此，在其使用范围上有较大局限性，不宜生产结构复杂的工件。
相对于其他铸造铝合金，Al-Si系铝合金的铸造性能较好，并且由于合金中硅相含有很大的凝固潜热，其比热容较大且线收缩系数较小，在工业生产中长期占据主要地位。而Al-12Si共晶合金拥有窄凝固温度范围，优良的流动性使其具有良好的充型能力，热裂、缩松倾向也都较小，被认为具有最佳的铸造性能，在压铸生产中被广泛用来生产大型、薄壁、复杂形状压铸件。
2、压铸件孔洞缺陷的研究现状
压铸过程中，液态金属在高压高速条件下填充型腔，液态金属流体易出现紊流现象，导致在压铸过程中铸件极易产生由气体和氧化膜卷入形成的孔洞缺陷，而孔洞对压铸件的力学性能尤其是疲劳性能有着极大的影响。
2.1压铸工艺对孔洞形成的影响
孔洞的形成主要与金属液的流动和凝固过程相关。随着计算机数值模拟技术的发展，模拟压铸过程中的金属液充型流动和凝固行为可有效预测其产生的缺陷，结合数值模拟技术、实验和生产结果，进行压铸件的工艺参数和产品设计优化。在压铸过程中，金属液的流动主要与浇注系统、溢流槽和排气道的设置、压射压力和压射速度等工艺参数有关。AI-Si-Cu压铸过程中影响孔洞缺陷形成的因素，发现较低的压射速度可以减少孔洞的数量，而内腔气体背压越大，孔洞的数量越多;压射速度、保压压力和浇注温度对AM50镁合金压铸件孔洞分布的影响规律;在考虑背压情况下，进行了铝合金的砂型铸造和压铸充型过程中内腔气体流动和排出、气体卷入和孔洞预测的模拟和验证。实际ADC 1压铸件进行了液体充型和气体卷入的数值模拟，指出压铸铝件的孔洞与充型过程中的气体卷入和凝固过程中的压力传递有关。研究了增压压力对ADC 12Z压铸件孔洞及力学性能的影响，指出随着增压压力增大，压铸件的孔隙率和枝晶尺寸逐渐减小。故在确定压铸件的工艺方案时，需要考虑浇注系统和压铸参数对型腔内的金属液流动的影响，以减少孔洞的形成。
2.2压铸孔洞与力学性能的关系
国内外铝铸件对压铸孔洞与力学性能之间的关系进行了许多研究。例如，研究了由气体卷入引起的孔洞对铸件拉伸性能的影响，提出所研究的ADC 12压铸件满足性能要求的孔隙率与最大孔洞尺寸;通过数值模拟和实验，研究了孔洞形状、尺寸、位置及孔洞之间的距离对AZ91 D镁合金压铸件应力集中的影响，指出孔洞的尺寸越大，形状越复杂，其引起的应力集中愈大;随着壁厚增加压铸镁合金的孔隙率减少，晶粒变大，强度降低但伸长率升高;含孔洞压铸件断裂的主要影响因素是断面处的孔洞百分比，进一步说，具有较低孔隙率的试样也可能由于孔洞偏聚造成薄弱部位首先断裂。结合铸造孔洞预测与力学有限元分析，模拟了考虑孔洞的试样拉伸行为并计算出其伸长率，与实验较为吻合，提供了一%7