【轉載】鑄造基本知識（鋁、鎂合金）
【轉載】鑄造基本知識（鋁、鎂合金）
2012-10-12 19:10:32|分類： 教程 |字型大小訂閱
本文轉載自patrick_szzhang《鑄造基本知識（鋁、鎂合金）》金屬特性之鋁合金材料特性
鋁合金強度/質量大,工藝性好,或用於壓力製造及鑄造,焊接,目前廣泛用于飛機、發動機各種結構上。
1、變形鋁合金:
1.1防鏽鋁：
A1-Mn及A1-Mg系合金(LF21、LF2、LF3、LF6、LF10)屬於防鏽鋁,其特點是不能熱處理強化,只能用冷作硬化強化,強度低、塑性高、壓力加工性良好,有良下的抗蝕性及焊接性。特別適用於製造受輕負荷的深壓延零件,焊接零件和在腐蝕介質中工作的零件。
1.2硬鋁：
LY系列合金元素要含量小的塑性好,強度低;如LY1,LY10,含金元素及Mg,Cn適中者,強度、塑性中高;如LY11;金中Cn,Mg含量高則強度高,可用於作承動構件;如LY12,LY2,LY4;
LC系列這超硬鋁,強度高,但靜疲勞性能差LY11,LY17為耐熱鋁,高溫強度不太多,但高溫時蠕度強度高。
1.3鍛鋁：
LD2具有高塑性及腐蝕穩定性,易鍛造,但強度較低;LD5,LD6,LD10強度好,易於作高負載鍛件及模鍛件;LD7;LD8有較高耐熱性,用於高溫零件,具有高的機械性能和衝壓工藝性。
2、鑄造鋁合金:
1).低強度合金：ZL-102 ; ZL-303
2).中強度合金：ZL-101 ; ZL-103 ; ZL-203 ;ZL-302
3).中強度耐熱合金：ZL-401
4).高強度合金：ZL-104 ;ZL-105
5).高強度耐熱合金：ZL-201 ;ZL-202
6).高強度耐蝕合金：ZL301
鎂合金鑄件的常見缺陷及分析
一 熔劑夾渣
缺陷特徵：
1.表面熔劑夾渣：大塊的夾渣在出型時呈暗褐色，外形一般不太規則，小點的熔渣則難以發現，氧化處理前經酸洗能溶解它.
2.鑄件內部的熔劑夾渣在X光底片上一般呈白色的斑點，在斷口上呈暗灰色
3.熔劑夾渣一般分布在鑄件澆注位置的下部內澆口附近及死角處
4.經加工後，露於表面的熔劑夾渣放在空氣中1～4小時就可以見到褐色的斑點，停放一段時間，便長出白毛。
產生原因：
1.工藝操作方面，合金液澆注前沒有一定的靜置時間，可提式坩堝或澆包出爐時不平穩，澆注完後澆包或坩堝殘留量太少，澆包在坩堝內舀取合金液時，將熔渣攪入合金液內。工具或坩堝洗滌不幹凈.
2.熔劑和變質劑的使用方面：熔劑或變質劑的成份，配製及保管不符合要求洗滌劑使用次數太多而變稠
3.工具製造方面，茶壺式澆包或可提式坩堝底部擋渣板焊接質量不好，有滲漏現象。
防止方法：
1.在坩堝內舀取合金液時用澆包的底部輕輕撥開熔劑層，然後用大口舀取，前一次舀取金屬至下次舀取不少於4分鐘
2.精鍊和變質處理後至澆注前，鎮靜時間不少於15分鐘，並打凈熔渣，澆注中禁止撒熔劑，一般可以撒硫磺與硼酸混合物滅火
3.熔劑坩堝的溫度不低於750~C，並洗凈所用工具。澆完後，底朝上，漏凈所有的熔劑
4.澆注時坩堝吊出要平穩
5.使用合格的熔劑，並定期檢查
二 氧化夾渣
缺陷特徵：1.位於鑄件表面層，多以網狀分布在內澆口I附近的鑄件表面內。有時呈薄片帶有皺紋的不I規則雲彩狀，斷口常是黃色或褐色
2.沿鑄件壁厚呈片狀[的夾層或穿透整個壁厚；(也有分散的)，表面看去是一條金黃色或黃褐色流紋。打斷口時，往往從夾層斷裂，氧化皮夾在其中
3.以團絮狀存在於鑄件內部多而薄壁鑄件常露出表面。斷口是暗灰色或黑色。有時常常有少量熔劑
產生原因：1.在合金熔煉過程中生成氧化物而造成的夾渣(也稱一次夾渣)。主要由於爐料不清潔，熔劑質量不好，以及熔煉過程不當所造成
2.在澆注過程中合金氧化生成氧化物而造成的夾渣(也稱二次夾渣)。多由於澆注系統設計不合理，鑄型準備以及澆注過程操作不當等原因造成
防止方法：1.一次夾渣可以通過純潔爐料，仔細精鍊，充分鎮靜，往合金中加入少量鈹(0，001%～0.00296)等方法來排除
2.二次夾渣可通過下列方法防止，
①正確地設計澆注系統：採用擴張式澆注系統，儘可能採用底注式或垂直隙縫內澆口，或採用蛇形扁平直澆道，安放過濾網，鋼絲棉等過濾渣子。對大件採用在澆口杯內安放與澆注合金成分相同、厚度適當的堵片
②正確地澆注合金，使直澆口始終充滿金屬，不要用小澆包來澆大件，澆注時在澆口杯和型腔表面撒一層干硫磺與硼酸的混合物防護劑
③正確地控制好造型操作，保持規定的型砂水分，並均勻地椿實鑄型，砂芯要干透龜控制好停放及合箱
三 裂紋
缺陷特徵：1.熱裂紋，鑄件上有直的或曲折的分裂隙縫(穿通裂紋)和裂口(非穿通裂紋)，裂紋處的斷面被強烈氧化呈深灰色或黑色，無金屬光澤，並且沿結晶晶界邊緣裂開。多發生在鑄件尖角處的內側厚薄斷面交接處及澆冒口與鑄件連接的熱節區
2.冷裂紋，外觀呈直線或不規則的曲線，斷裂處的金屬表面潔凈，具有金屬光澤裂紋處的金屬表面被氧化或被輕微氧化，裂紋不在結晶晶界上，而是在晶體上
產生原因：1.鑄件的結構設計不合理有尖角，連接處厚薄截面過渡圓弧過小或壁厚相差過大等
2.鑄型或砂芯退讓性不好，披縫過大，芯骨、冷鐵設置不當，阻礙收縮
3.合金中有促使形成裂紋的雜質或添加物，變質不好，或變質失效，使晶粒粗大，性質變脆
4.澆注系統設置不當，內澆口附近或大冒口的根部嚴重過熱
5.鑄件澆注後開糟出型過早，鑄件澆注溫度過高，模溫過低
防止方法：1.改變零件設計結構，消除尖角，將尖角改為圓角，厚截面均勻地過渡到薄截面
2.儘可能使鑄件順序凝固或同時凝固，減少內應力產生。如在鑄件上適當放大工藝餘量在鑄件厚大部分設置冒口或冷鐵對胃口根部產生裂紋的鑄件注入金屬時應沿冒口壁注入或在冒口旁邊另開澆口
3.細化合金組織，嚴格控制促使晶粒粗大的合金元素和雜質，正確進行變質處理，和爐前斷口檢查，組織粗大時應重新進行變質處理外界阻力，降低鑄型和砂芯的強度，增加退讓性，降低鑄型的緊實度
4.減少鑄件收縮時的外界阻力，降低鑄型和砂芯的強度，增加退讓性，降低鑄型的緊實度
5.降低澆注溫度，提高模溫
四 冷隔欠鑄
缺陷特徵：鑄件的金屬流被氧化皮隔開，不完全熔融為一體，就形成冷隔，嚴重的就成為欠鑄。冷隔常常出現在鑄件的頂壁上，薄的水平面和垂直面上厚薄轉接處或在薄筋上
產生原因：1.合金液溫度低，澆注時流動性差，匯合液流前有氧化皮，澆注中斷或澆注速度太低
2.鑄件澆注位置不正確或澆注系統設計不合理
3.鑄型排氣不良，合金液流受氣體的阻隔不能融合
4.澆注時發生漏箱
防止方法：1.合理選擇鑄件澆注位置，正確的開設澆注系統
2.適當提高澆注溫度和金屬型的模溫，澆注時不可中斷
3.增強鑄型的排氣能力，在不垮箱的前提下，砂型緊實度愈松愈好
4.提高澆口的壓力頭，如增大澆口杯的容量和增加澆口杯的高度及直澆道的高度。
5.增加鑄件壁厚
6.在鑄型表面熏乙炔煙以提高充
五 縮松
缺陷特徵：因金屬液收縮而產生細而分散的孔洞叫縮松，其特徵是：
1.鑄件表面呈蟲蝕狀的條狀花紋。鑄件表面粗糙，呈結晶粗大的暗孔，有時伴隨有裂紋
2.斷口檢查：一般呈淡黃色.灰色或黑色，顏色愈深疏鬆愈嚴重 3.X光檢查呈雲霧狀蝗條狀，熒光檢查呈密集發亮的小點狀 4.縮松缺陷常產生在鑄件的內澆道附近冒口根部飛厚大部位飛壁的厚薄轉接處和具有大平面的薄壁處等 產生原因：1.結晶溫度間隔大，如ZM—5合金為179℃左右，所以存在明顯的樹枝狀結晶
2.比重輕，冒口補縮作用差3.比熱和潛熱小，凝固快不易達到順序凝固
4.不同類型的縮松產生原因分析
①由於補縮不良而引：起的縮松，這類缺陷往往出現在鑄件厚截面的，中心部位，嚴重者穿透壁厚，熱處理後斷口是，灰黑色.黃色
②由於鑄件局部過熱和燃燒引起的縮松，此類缺陷一般由鑄件的外表開始夕再深入鑄件的內部,以外表面為嚴重，愈往內愈輕，斷口呈黑色或部分帶有深黃色
③由於鑄型通氣不良起的縮松，其表面有似蟲蝕狀的斑疤。斷口外表往往有氧化皮
④由於鑄件或者鑄型結構複雜而使鑄件在凝固時受到阻礙，加上合金結晶組織粗大而引起縮松
防止方法：1.由於補縮不良而引起的縮松排除方法
①加強胃口的補縮作用，將胃口根部的圓角加大，並且可將明冒口和暗冒口連通
②在縮松處放冒口或冷鐵或冒口與冷鐵聯用③開設冷卻筋或冷卻孔，冷卻筋寬約為2.5～3毫米，高為3～5毫米，冷卻孔為令2～4毫米，數量3～5根為一組
2.由於鑄型局部過熱和燃燒引起的縮松排除方法，
①將內澆道均勻分布在鑄型上
②將內澆道厚度減小，寬度加大
③在內澆道對面放冷鐵
④降低合金液澆注溫度
⑤用塗料調整溫差
⑥在易燃燒的芯子上噴一層防護溶液
3.由於鑄型通氣不引起的縮松排除方法， ①熔化爐料應清潔乾燥
②砂芯烘烤乾，表面硬度合適
③砂型水分不大於5.5%，排氣暢通
4. 改進鑄件設計，消除熱節部位
鑄件本身的屬性直接影響加工的品質，其中硬度值是決定鑄件加工的一項重要指標。 1.布氏硬度:主要用來測定鑄件、鍛件、有色金屬製件、熱軋坯料及退火件的硬度,測定範圍≯HB450。 2.洛氏硬度:HRA主要用於高硬度試件,測定硬度高於HRC67以上的材料和表面硬度,如硬質合金、氮化鋼等，測定範圍HRA>70。HRC主要用於鋼製件(如碳鋼、工具鋼、合金鋼等)淬火或回火後的硬度測定,測定範圍HRC20~67。 3.維氏硬度:用來測定薄件和鋼板製件的硬度,也可用來測定滲碳、氰化、氮化等表面硬化製件的硬度。
熔模鑄造的工藝介紹：
根據圖紙或樣品做產品三維造型，並用此三維圖製作鋁製或鋼製的模具。
將液態蠟和固態蠟混合攪拌成糊狀蠟膏，用注蠟槍將蠟膏注入金屬模中，冷卻後取出蠟模。
加熱不鏽鋼焊刀，將蠟模按工藝設計的要求焊接在澆口棒上。
將蠟件組浸入含有水玻璃等塗料的缸中，塗上塗料。
對塗上塗料的蠟件組淋石英砂，再浸入含氯化銨和氯化鎂等材料的硬化槽中硬化後進行乾燥，然後進行下一層的操作，此過程重複6次左右後完畢。
將表面塗料硬化後的蠟件組放置在失蠟槽中，用蒸氣加熱使蠟溶解脫落，剩下砂型模殼。
將模殼放置焙燒爐中焙燒以增加其強度。
將原材料裝入中頻電爐中熔化，加入金屬無素進行材料的配方，鋼水溫度升至1600度左右，爐前化學分析合格後將溶化的鋼液通過澆包倒入模殼中，讓鋼液充滿型腔然後冷卻，並取樣做爐後終檢。
將鑄件表面的砂用震動的方法去除。
用氧氣-乙炔焰從澆棒上切下鑄件。
用砂輪機磨除澆冒口；用磨光機打磨不良表面。
鑄件按材質的要求進行正火、退火、淬火回火、感應淬火、滲碳、氮化等熱處理。
按圖紙要求用CNC進行金加工
用拉力機、衝擊試驗機、硬度機等檢測設備對試棒進行機械性能的檢測；用X光、超聲波、磁粉探傷等檢測設備對樣件進行無損檢測；用三座標和量具及卡規等檢具對產品進行尺寸終檢。
鋁合金鑄造工藝簡介
一、鑄造概論
在鑄造合金中，鑄造鋁合金的應用最為廣泛，是其他合金所無法比擬的，鋁合金鑄造的種類如下
由於鋁合金各組元不同，從而表現出合金的物理、化學性能均有所不同。結晶過程也不盡相同。故針對鋁合金特性，合理選擇鑄造方法，才能防止或在許可範圍內減少鑄造缺陷的產生，從而優化鑄件。
1、 鋁合金鑄造工藝性能
鋁合金鑄造工藝心梗，通常理解為在充滿鑄型、結晶或冷卻過程中表現最為突出的那些性能的綜合。流動性、收縮性、氣密性、鑄造應力、吸氣性。鋁合金這些特性取決於合金的成分，但也與鑄造因素，合金加熱溫度、鑄型的複雜程度，澆冒口系統、澆口形狀等有關。
鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性實際上表徵了鑄件內部組織緻密與純凈的程度
鑄鋁合金的氣密性與合金的性質有關，合金凝固範圍越小，產生縮松傾向越小，同時產生析出性氣孔越小，則合金的氣密性就越高。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞，還與鑄造工藝有關，如降低鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結晶，均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。
預防氣孔產生的措施：
修改不合理的澆冒口系統，是液流平穩，避免氣體捲入。
模具與型芯應預先預熱，後上塗料，結束後必須要烘透方可使用
設計模具與型芯應考慮足夠的排氣措施
預防產生針孔的措施：
嚴禁使用被污染的鑄造鋁合金材料，年由有機化合物和被嚴重氧化腐蝕的材料。
控制熔煉工藝，加強除氣精鍊。
控制金屬型塗料厚度，過厚易產生針孔
模具為呢度不宜太高，對鑄件厚壁部位採用激冷措施，如鑲銅塊或澆水等
預防產生縮松的措施
合理冒口的設置，保證其凝固 且有補縮力
適當條地金屬型模具工作溫度
控制塗層厚度， 厚壁出減薄
調整金屬型各部位冷卻速度，使鑄件厚壁處有較大的激冷能力
適當降低金屬澆注溫度
預防產生熱裂的措施
實際澆注系統時應避免局部過熱，減少內應力
模具及型芯褻瀆必須保證在2?以上，澆冒口一經凝固即可抽芯開模，必要時可用砂芯代替金屬型芯
控制塗料厚度 使鑄件各部分冷卻速度一致
根據鑄件厚薄情況選擇適當的模溫
細化合金組織，提高熱裂能力
改進鑄件結構 消除尖角及壁厚突變，減少熱裂傾向
預防氧氣夾渣的措施
嚴格控制熔煉工藝，快速熔煉，減少氧化，除渣徹底。AL-Mg合金必須在覆蓋劑下熔煉
熔爐 工具要情節 不得有氧化物 並應預熱 塗料塗後應烘乾使用
設計的澆注系統必須有穩流 緩衝 撇渣能力
採用傾斜澆注系統 是液流穩定 不產生二次氧化
選用的塗料粘附力要強，澆注過程中不產生剝落而進入鑄件中形成夾渣
三、金屬型鑄造
1、 簡介及工藝流程
金屬型鑄造又稱為硬模鑄造或者永久型鑄造，是將熔煉好的鋁合金澆入金屬型中獲得鑄件的方法，鋁合金金屬型鑄造大多採用金屬型芯，也可採用砂芯或殼芯等方法，與壓力鑄造相比，鋁合金金屬型使用壽命長。
2、 鑄造優點
優點
金屬型冷卻速度較快，鑄件組織較緻密，可進行熱處理強化，力學性能比砂型鑄造高15%左右
鑄件質量穩定 表明粗糙度優於砂型鑄造 廢品率低
勞動條件好 生產率高 工人容易掌握
缺點
金屬型導熱係數大 充型能力差
金屬型本身無透氣性 必須採取相應措施才能有效排氣
金屬型無退讓性 易在凝固時產生裂紋和變形
（6）吸氣性
鋁合金易吸收氣體，是鑄造鋁合金的主要特性。也太鋁及鋁合金的組分與爐料、有機物燃燒產物及鑄型等所含水分產生反應而產生的氫氣被鋁液體吸收所致。
鋁合金溶液溫度越高，吸收的氫越多，在700?時，每100g鋁中氫的溶解度為
0.5~0.9，溫度升高到850?時 氫的溶解度增加2~.倍。當含鹼金屬雜質時，氫在鋁液中的溶解度顯著提高
鑄鋁合金除熔煉時吸氣外，在澆入鑄型時也會產生吸氣，進入鑄型內的也太金屬隨溫度下降，氣體的溶解度下降，析出多餘的氣體，有一部分逸不出的氣體留在鑄件內形成氣孔，這將是通常稱的「針孔」。氣體有時會於縮孔結合在一起，鋁液中析出的氣體留在縮孔內。若氣泡受熱產生的壓力和大，則器可能共表面光滑，孔的周圍有一圈光亮層；若氣泡產生的壓力小，則孔內表面多皺紋，看上去如「蒼蠅腳」，自行觀察又具有縮孔的特徵。
鋁合金鑄件相關知識
鑄造鋁合金由於其密度小，比強度高，具有良好的綜合性能，因此被廣泛用於航空航天、汽車製造、動力儀錶、工具及民用器具等製造業。隨著國民經濟的發展及世界經濟一體化進程的推進，其生產量和消耗民量大幅增長。但是，鑄造鋁合金的針孔缺陷較突出，本文結合筆者在鋁合金鑄件生產實踐中積累的經驗，談談鋁合金鑄件針孔缺陷的產生和預防。
一、鑄造鋁合金針孔的產生
針孔是鋁合金在凝固過程中，溶解在鋁熔液中的氣體(99％H2)逸出後又沒有完全浮到鋁液表面造成的。
鋁合金在熔煉和澆注時，會吸入大量的氫氣，冷卻時則因溶解度的下降而不斷析出。鋁合金中溶解的氫，其溶解度隨合金液溫度的升高而增大，隨溫度的下降而減少，由液態轉變成固態時，氫在鋁合金中的溶解度下降19倍。因此鋁合金液在冷卻凝固過程中，當氫的含量超過了其溶解度時即以氣泡的形式析出。因過飽和的氫析出而形成的氫氣泡，若來不及上浮排出，就會在凝固過程中形成細小、分散的氣孔，即通常所說的針孔。在氫氣泡形成前達到的過飽和度是氫氣泡形核數目的函數，而氧化物和其他夾雜物則起氣泡核心的作用。
在一般生產條件下，特別是在厚大的砂型鑄件中很難避免針孔的產生。在相對濕度大的氣氛中熔煉和澆注鋁合金，鑄件中的針孔尤其嚴重。這就是乾燥的季節要比多雨潮濕的時節產生的鋁合金鑄件針孔缺陷少些的原因。
對鋁合金而言，如果結晶溫度範圍較大，則產生網狀針孔。這是因為在一般鑄造生產條件下，鑄件具有寬的凝固溫度範圍，使鋁合金容易形成發達的樹枝狀結晶。在凝固後期，樹枝狀結晶間隙部分的殘留鋁液可能相互隔絕，分別存在於近似封閉的小空間中，由於它們受到外界大氣壓力和合金液體的靜壓作用較小，當殘留鋁液進一步冷卻收縮時能形成一定程度的真空，從而使合金中過飽和的氫氣析出並形成針孔。
二、鑄造鋁合金針孔度的評定
鑄造鋁合金機械加工表面1cm2範圍內孔洞的數量和尺寸稱為針孔度。針孔對鋁合金性能的影響主要表現在會使鑄件組織緻密度降低，力學性能下降。為此，在鋁合金鑄件生產實踐中，力口強氣孔等級對力學性能影響的研究，通過控制針孔等級來保證鋁合金鑄件品質是非常重要的。針孔等級評定，低倍檢驗按GB 10851—1989進行；X射線檢測按GBll346—1989鋁合金鑄件針孔分級標準執行。根據《鋁合金鑄件針孔度日測評定法》，針孔度分為5級，參考圖像如附表中所示。
三、鑄造鋁合金針孔缺陷的防止
1.形成針孔的氫氣采源與析出
鋁合金中氣孔的產生，是由於鋁合金吸氣而形成的，但分子狀態的氣體一般不能溶解於合金液中，只有當氣體分子分解為活性原子時，才有可能溶解。合金液中氣體能溶解的數量多少，不僅與分子是否容易分解為活性原子有關，還直接與氣體原子類別有關。在鋁合金熔煉過程中，通常接觸的爐氣有H2、02、H20、C02及S02等，這些氣體主要是由燃料燃燒後產生的，而耐火材料、金屬爐料、熔劑以及與氣體接觸的工具等均會帶入一定量的氣體。另外，新砌的爐襯、爐子的耐火材料、坩堝等，通常需要使用幾天或幾周的時間，其化學結合的氫才能充分從粘結劑中釋放出來。一般而言，爐氣成分是由燃料種類及空氣量來決定的。例如，普通焦炭坩堝爐，爐氣成分主要為C02、S02和N2；煤氣、重油坩堝爐主要為H20、N2；而對目前大多數熔煉廠家使用的電爐熔煉來說，爐氣成分主要是H2。因此，採用不同的熔煉爐生產時，鋁合金的吸氣量和產生氣孔的程度是不同的。
鋁合金生產實踐證明，氫能大量溶解於鋁或鋁合金中，是導致鋁合金形成氣孔的主要原因，是鋁合金中最有害的氣體，也是鋁合金中溶解度最大的氣體。在鑄件凝固過程中，由於氫的析出而產生的孔隙，不僅減少了鑄件的實際截面積，而且是裂紋源。惰性氣體不能溶於鋁或鋁合金，其他氣體一般與鋁或鋁合金反應形成鋁的化合物，如A1203、A1C13、A1N及A14C3等。
在鋁合金熔煉時，周圍空氣中的氫氣含量並不多，氫的來源通常是鋁與水蒸汽的反應，而水蒸汽主要來源於爐氣中的水分，設備及工具吸附的水分，一些材料的結晶水，以及鋁銹Al(0H)2分解出來的水分等。
因此針孔的解決，應從防止鋁合金熔液吸氣和加強鋁熔液除氣來入手。
2．預防鋁合金鑄件針孔形成的主要措施
由以上分析可知，鋁熔液很容易吸收氫氣，極少量的水蒸汽就可以輕易毀掉整爐的鋁液，因此首先要防吸氣。鋁合金鑄件容易產生針孔缺陷，這既與鋁合金本身特性有關係，也與一系列的外界因素有關。為避免或減少鋁合金在熔煉時產生針孔，保證鋁合金鑄件具有優良品質，可針對性地採取適當的預防措施。
(1)明確「精料、精工」原則，對爐料和熔煉設備和工具進行預處理。爐料使用前應先用吹砂或其他方法去除表面的銹跡、泥沙等污物，並進行爐料預熱，預熱溫度為350-450℃，並保持3h以上，嚴防帶入水分和油污等。
坩堝、錠模和熔煉工具，使用前應將表面油污、臟物等清除乾淨，並預熱至120—250℃，塗刷防護塗料。
新坩堝、新砌爐子及有鏽蝕的舊坩堝，使用前應用吹砂或其他方法將表面清除乾淨，並進行烘爐處理，一般應加熱至700-800℃，並保溫2-4h，以去除坩堝所吸附的水分及其他化學物質。熔煉工具應預熱至200-400℃，保持2h以上。
(2)鋁合金在熔煉時，要力求做到快速熔煉，縮短高溫下停留時間。A1—Mg合金和其他鋁合金熔化後保持時間過長時，需要用熔劑覆蓋鋁合金液面，以防止吸氣，一旦在生產過程中出現異常，要及時與現場技術人員取得聯繫，採取果斷措施予以處理。每一爐合金從開始熔化到澆注完畢的時間，砂型鑄造不得超過4h，金屬型鑄造不得超過6h，壓鑄不得超過8h，合金最高溫度一般不超過760t，坩堝底部塗料厚度需≥60mm。
(3)加強在潮濕季節熔煉的預防措施。在雨季或空氣潮濕季節鑄造鋁合金，更應注意採取去氣防護措施，對熔煉用具、錠模、坩堝和爐料等都要嚴格按規範進行預熱處理，以防帶人過多的水分和油污而引起各類針孔的產生。
(4)採取必要的精鍊工藝，去除鋁合金中的氣體。一般情況下，所謂「去氣」就是去除合金中的氣體，「精鍊」是指去除合金中的夾雜物。因鋁合金熔煉時，除氣和精鍊兩個工序多合在一起進行，故在生產實踐中習慣將這兩個工序稱為精鍊。由於鋁合金中的氣體主要是氫氣，去氣也就是去除氫氣。目前去氣的主要方法是通過在鋁合金中加入精鍊除氣劑來製造大量的氣體(氣泡中的氣體可能是鋁液內部經化學反應產生的，也可能性是由部分精鍊除氣劑直接帶入的)，利用分壓原理，讓溶解於鋁液中的氫原子向氣泡擴散(此時氣泡的分壓為零)，由於氣泡密度輕，當氣泡上浮到鋁液表面時，氣泡破裂，氫氣逸入大氣中，最終達到去除氫氣的目的。
目前，為了消除鋁合金鑄件針孔，最常用的辦法是在熔化過程中加入氯鹽和氯化物除氣。採用氯鹽和氯化物除氣劑除氣時，要用鐘罩將除氣劑壓入距坩堝底部100mm處，沿坩堝直徑1／3(距坩堝內壁)的圓周勻速移動。為防止鋁液大量噴濺，除氣劑可分批加入，除氣結束除渣，並按規定的時間進行靜置。
(5)採用鑄造工藝方法進行除氣。通常情況下，砂型鑄造也可以採用靜置、多扎出氣孔和加大冒口等方法進行去氣。在設計金屬型時就必須有排氣預防措施：①利用分型面或型腔零件組合面的間隙進行排氣。②開排氣槽。即在分型面或型腔零件的組合面上，以及芯座與頂桿表面上做排氣槽，這樣既能排氣，又能蓄氣。③設排氣孔。排氣孔一般開設在金屬型的最高處，或金屬型內可能產生「氣阻」的地方。④設置排氣塞。排氣塞是金屬型常用的排氣設施。在一平面上需要設置數個排氣塞時，可用一個排氣環來代替，將它設計在型腔的「氣阻」處，或型腔的大平面上，以便排氣暢通。
四、結語
以上分析了鋁合金鑄件氣孔形成的主要因素，並有針對性地論述了一系列相應的預防措施，目的就是要防止在鑄件中生成氣孔，獲得優良品質的鑄件。從鑄造工藝角度綜合分析，預防氣孔的生成和消除氣孔可以用「防」、「排」、「溶」三字工藝原則來概括。
「防」：就是要防止水分及各種污物進入坩堝或熔煉爐中。
「排」：就是要排除鋁液中的氧化夾雜和氫氣。
「溶」：就是要使鋁液中的氫在凝固時能部分或全部固溶在合金組織中，避免在鑄件中形成氣孔。
因此，在鋁合金熔煉安排和選擇「防」、「排」、「溶」三方面的工藝措施時，必須遵循「以防為主，以排為輔」的工藝
原則，但著眼點應仍放在「防」字上。
鋁合金鑄造工藝與鑄錠質量的關係
鑄造工藝參數主要有鑄造溫度、鑄造速度、冷卻強度，其次是液位高度、鑄造開始與結束條件等。 1 鑄造溫度 鑄造沏度通常是指液體金屬從保溫爐通過轉注工具注入結晶器過程中具確良好流動性所需要的溫度。但是，目前鋁合金熔鑄大部分已應用了在線除氣與 過濾裝置，鑄造溫度仍然按上述的概念是不夠全面與正確的。實踐證明，在線除氣裝置中液體溫度不同具除氣效果也不同。因此，要考慮在線除氣裝置除氣效果對液體溫度的要求。另外，還應考慮液體在結晶器內的氣體析出情況，因鑄造溫度低，液體在結晶器內的氣體來不及上浮逸出液面，造成氣孔、疏鬆，還可能產生災渣及冷隔等鑄錠質量缺陷、鑄造溫度最高不宜超過熔煉溫度。鑄造溫度過高會導致鑄造開始時漏鋁。底部裂紋與拉裂，還可能產生羽毛品組織缺陷，又因為轉注工具長度不同而液體溫降不同，在線裝首有加熱點，液體在轉注過程中溫度變化起伏大，所以科學規範鑄造溫度應指注入結晶器內的液體溫度一般情況下鑄造溫度比合金的實際結晶溫度高50℃～70℃，1 x x x、3x x x系鋁合金在鑄造過機中過渡帶較窄，鑄造溫度宜偏高；而2x x x、7x x x系合金的過渡帶較寬．鑄造溫度宜偏低。 2 鑄造速度 連續鑄造時，單位時間鑄錠成形的長度稱為鑄造速度。老式鑄造通常是一個鑄次為—個固定鑄造速度；而現代鑄造是曲線鑄造速度，即鑄造開始與鑄造 過程不是同一個鑄造速度：鑄造速度的快與慢對鑄錠裂紋、鑄錠表面質量、鑄錠組織和性能有很大影響，在保證鑄錠質量的前提下，應採用最高的鑄造速度。老式鑄造法為解決某些合金及規格鑄錠的裂紋問題，鑄造時採用鋪底或回火的工藝方法；而現代鑄造法則採用曲線鑄錠速度，取代了老式鑄造的鋪底或回火工藝，它既減少了一些輔助設施，又節省了人力與減輕勞動強度，還可以避免——些鑄錠表面質量缺陷鑄造速度的選擇是依據所生產合金的特性與鑄錠截面尺寸而定。一般規律足冷裂紋傾向性較大的合金及鑄錠規格，應提高鑄造速度；而熱裂紋傾向較大的合金及鑄錠規格，則應降低鑄造速度 3 冷卻強度 冷卻強度也稱為冷卻速度。冷卻強度不但對鑄錠的裂紋有影響，而且對鑄錠的組織影響更大、隨著冷卻強度的增大，鑄錠結晶速度提高，晶內結構更加 細化；隨著冷卻強度增人，鑄錠液穴變淺。過渡帶尺寸縮小．使金屬補縮條件得到改善，減少或消除了鑄錠中的疏鬆、氣孔等缺陷．鑄錠緻密度提高：另外還可以細化一次品化合物的尺寸，減小區域偏析的程度。 老式鑄造法多採用分體結晶器，尤其是鑄造扁鑄錠時．水套與結晶器是分開的。。
鎂合金成形技術簡介與分析
近年來對輕質材料的需求越來越大，鎂合金作為結構材料由於具有比重小、比強度和比剛度高、導熱和導電性好、切削加工性好、優良的阻尼性和電磁屏蔽性、易於加工成形和回收等優點，因此廣泛應用於汽車、電子、通訊等行業，被譽為"21世紀的綠色工程材料」。
根據成形工藝的不同，鎂合金材料主要分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩大類。前者主要通過鑄造獲得鎂合金產品。包括砂型鑄造、永久型鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造、壓鑄等。其中壓鑄是最成熟、應用最廣的技術。而後者則是通過變形生產尺寸多樣的板、棒、管、型材及鍛件產品。並且可以通過材料組織的控制和熱處理工藝的應用，獲得更高的強度、更好的延展性、更好的力學性能，從而滿足更多結構件的需要。另外，鎂合金的半固態成形作為一種新型鑄造技術也得到了廣泛的研究與應用。
1鑄造鎂合金
鑄造是鎂合金的主要成形方法，包括砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、消失模鑄造和壓鑄等在內的多種鑄造方法均可用於鎂合金成形。目前，90％以上的鎂合金產品是壓鑄成形的。
1．1壓鑄
壓鑄是鎂合金最主要、應用最廣泛的成形工藝。鎂合金有優良的壓鑄工藝性能：鎂合金液粘度低，流動性好，易於充滿複雜型腔。用鎂合金可以很容易地生產壁厚1．0mm～2.0mm的壓鑄件，現在最小壁厚可達0.6mm。鎂壓鑄件的鑄造斜度為1．5，而鋁合金是2～3度。鎂壓鑄件的尺寸精度比鋁壓鑄件高50％。鎂合金的熔點和結晶潛熱都低於鋁合金，壓鑄過程中對模具沖蝕比鋁合金小，且不易粘型，其模具壽命可比鋁合金件長2—4倍。鎂合金件壓鑄周期比鋁件短，因而生產效率可比鋁合金提高25％。鎂合金鑄件的加工性能優於鋁合金鑄件，鎂合金件的切削速度可比鋁合金件提高50％，加工耗能比鋁合金件低50％。生產經驗表明由於生產效率高，熱室壓鑄的鎂合金小件的總成本低於冷室壓鑄的鋁合金同樣件。
壓鑄鎂合金可按其成分分為四個系列：AZ(Mg—AL—Zn)系列(AZ91)、AM(Mg—AL—Mn)系列(AM60、AM50)、AS(Mg-A1-Si系列(AS41、AS21)、AE(Mg-AL-RE)系列(AEA2)。
AZ系列合金AZ91具有良好的鑄造性能和最高的屈服強度，其壓鑄件廣泛應用於汽車座椅、變速箱外殼等多種形式部件。AM系列合金AM50、AM60具有較高的延伸率和韌性，用於抗衝擊載荷、安全性高的場合如車輪、車門等。AS系列的鎂合金AS41、AS21和AE系列的AFA2是20世紀70年代開發的耐熱壓鑄鎂合金。
鎂合金壓鑄中廣泛採用冷、熱室壓鑄方法。一般薄壁鑄件採用熱室壓鑄機，厚壁鑄件採用冷室壓鑄機。鎂合金熱室壓鑄機是目前國外使用數量最多的鎂合金壓鑄專用設備，具有生產效率高，澆注溫度低，注型壽命長，易實現熔體保護等特點。主要缺點是設備成本和維修費用較高。
鎂合金壓鑄時，合金液沖填壓型時的高速湍流運動，使腔內氣體無法排出，會導致組織疏鬆，甚至鑄件表面鼓包或變形。壓鑄工藝參數如壓力、速度、熔體溫度、模具溫度等對鑄件性能都有顯著影響。許多新壓鑄方法，包括真空壓鑄、充氧壓鑄和擠壓鑄造等一定程度上克服了以上缺點，減少了鑄件組織疏鬆和氣孔等缺陷，提高了鑄件緻密度。美國俄亥俄州精密成型公司C．Rozak介紹了鎂合金的金屬壓縮成型技術(MCF)在整個鑄件表面加壓的成型方法，在壓力下凝固，改善了微觀組織，減少了晶粒尺寸和孔隙率，鑄件緻密均勻，可用於生產性能要求高、形狀複雜的鑄件。
1．2熔模鑄造
熔模鑄造是目前國際上較為先進的鑄造技術之一。熔模鑄造從原理上講適合於製備小體積高精密的鑄件。目前它已用於生產鋁合金甚至鎳基超合金。在鎂合金鑄件的發展歷程中，有些工件結構複雜，一些部位壁厚非常薄，並且對錶面粗糙度和尺寸公差要求嚴格，則可以採用熔模鑄造來生產。
採用熔模鑄造法生產鑄件時具有不需取模、無型芯和無分型面等特點，因而其鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近於熔模精鑄件。此外，熔模鑄造為鑄件結構設計提供了充分的自由度，原來多個零件組裝的構件，可以通過分片制型後粘合成一體實現整體澆注，因此可以經濟地生產許多複雜零件。但是，熔模鑄造的設備投入和單位鑄造成本高，工件尺寸有限。此外，鎂與熔模鑄型材料和粘結材料用氧化物陶瓷之間存在高活性反應，從而大大地限制了其應用。生產鎂合金薄壁件時需要預熱鑄型以便填充薄壁部位，然而預熱溫度和澆注溫度過高將促進鎂合金與鑄型間的反應。有研究表明採用低的鑄型預熱溫度時，ZrO2是一種很有前景的鑄型材料。
1．3消失模鑄造
消失模鑄造是一種近無餘量、精確成型的新型鑄造技術，它具有許多的優點，如，型砂不需要粘結劑、鑄件落砂及砂處理系統十分簡便，容易實現清潔生產；鑄件沒有分型面及起模斜度，可使鑄件的結構高；加工裝配時間減少，鑄件成本可下降10％—30％等等。
初步試驗研究表明，鎂合金的特點非常適合消失模鑄造工藝，因為鎂合金的消失模鑄造除具有以上特點外，還具有如下獨特的優點：①鎂合金在澆注溫度下，泡沫模樣的分解產物主要為烴類、苯類和苯乙烯等氣霧物質，它們對沖型成型時極易氧化的液態鎂合金具有自然的保護作用；②採用干砂負壓造型避免了鎂合金液與型砂中水分的接觸和由此而引起的鑄件缺陷；③與目前普遍採用的鎂合金壓鑄工藝相比較，其投資成本大為降低，干砂良好地退讓性減輕了鎂合金凝固收縮時的熱裂傾向；金屬液較慢和平穩的充型速度避免了氣體的捲入，使鑄件可經熱處理進一步提高其力學性能。所以，鎂合金的消失模鑄造具有較巨大的應用前景。
鎂合金的凝固和化學性能方面的特點，使得鎂合金在消失模鑄造中產生了很多問題，特別是澆不足和氧化燃燒。由於鎂合金低的密度和比熱容，氣化泡沫模樣所需要的熱量來自高溫液態鎂合金的潛熱從而阻礙了充型，而且鎂合金的結晶溫度範圍寬，因此消失模充型時金屬液的壓頭作用小，極易過早停止流動，產生澆不足缺陷。鎂合金的化學反應可能通過使用在鎂合金砂型鑄造工業中應用的阻燃劑和輔助使用高孑L隙率的模樣塗料進行控制，還可以採用可控氣氛進行防止澆注時的氧化燃燒。另外，高密度的泡沫模樣吸收更多的熱量，產生更多的液態和氣態產物，降低了鎂合金的充型性。但泡沫模樣在澆注過程中產生的還原性氣氛降低甚至阻止鎂合金的氧化燃燒，保證了鎂合金在加工成型過程中的安全性，也有利於保證鎂合金熔體的潔凈優質。
2變形鎂合金
變形鎂合金不同於鑄造鎂合金的液態成形，而是通過在300℃—500℃溫度範圍內擠壓、軋制、鍛造的方法固態成形。由於變形加工消除了鑄造組織缺陷及細化了晶粒，故與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更高的強度、更好的延展性和更好的力學性能，同時生產成本更低。
2．1塑性變形
變形鎂合金中，常用的合金系是Mg—Al—Zn系與Mg—Zn—Zr系。Mg—Al—Zn系變形合金——般屬於中等強度、塑性較高的變形材料，鋁在鎂中的含量為0—8％，典型合金為AZ31、AZ61和AZ81合金，由於Mg—Al合金具有良好的強度、塑性綜合性能，而且價格較低，因此是最常用的合金系。Mg—Zn—Zr系合金一般屬於高強度材料，其變形能力不如Mg—Al系合金，一般採用擠壓工藝生產，典型合金為ZK60合金。屬高強度變形鎂合金的還有Mg—Mn系，其最主要的優點是具有優良的抗蝕性和可焊性，但鑄造性能差，收縮率大，有熱裂傾向，應用較少。另外，添加Nd、Th、Yb、Sc和Mn等元素可顯著提高變形鎂合金的耐蝕性。
目前鎂合金的塑性成形過程主要為鍛造和擠壓，少量為軋製成形，且均需採用熱加工方式。因此，變形溫度是重要參數，同時變形速率和應力狀態也是重要的考慮因素。
1)鍛壓成形：鎂合金鍛造性能取決於3個因素：合金的凝固溫度、變形速率及晶粒大小。為了保證良好的加工性能必須採用具有可鍛性的AZ和ZK系鎂合金坯料或坯棒。這兩系合金可通過添加晶粒細化劑和合金元素得到滿意的晶粒尺寸。但鑄造組織的晶粒度一般不符合鍛造要求，須先將鑄錠加以擠壓，得到鍛造所需晶粒尺寸，再以高變速率鍛造成形。鎂合金在其固相線溫度以下55℃範圍內進行鍛造，鍛造溫度過低可能形成裂紋。液壓機和低速機械壓力機是其模鍛的常用設備。
2)擠壓成形：鎂合金可以擠壓成各種管材、棒材和型材。包括帶凹角和暗槽的型材，大直徑和變截面厚度的薄壁管等難加工的產品。擠壓材料也是AZ和ZK系鎂合金，溫度一般控制在300℃—460℃之間，具體溫度的選擇還和特定的合金牌號和擠壓形狀有關。因為鎂在變形過程中會產生大量熱，所以擠壓過程中必須充分冷卻，否則合金溫度可能超過固相線溫度而導致開裂。
3)軋製成形：鑄造成平面形狀且有圓形邊緣的鎂錠可以用來進行厚板和薄板的軋制。一般鎂合金厚板厚度範圍為11．0mm—70mm，薄板厚度為0．8mm—10mm。鎂合金的冷軋性能不佳，一般厚板可以在熱軋機上直接生產，而薄板一般採用冷軋和溫軋兩種方式生產。
鎂合金熱軋時，一方面要保證鑄態組織得到充分變形，達到改善組織的目的，因此要有一定的變形量；另外，由於多晶鎂合金滑移系少，晶粒不易產生宏觀屈服而易在晶界產生大的應力集中，合金很容易發生晶間斷裂。試驗研究發現開坯時首次變形量控制在壓下量s二30％左右最合適。鎂合金板材在軋制以後一般要進行退火及熱處理，加工組織發生再結晶。其退火溫度應選擇在靠近完全再結晶溫度範圍內。
2．2超塑性變形
超塑性是指晶體材料在拉伸時表現出大的應變。已有的研究結果表明，鎂合金在一定條件下不但具有很高的塑性，而且甚至出現明顯的超塑性。當晶粒細化到一定程度(約10—6m)，鎂合金可獲得相對的超塑性。通常超塑性現象主要發生在高溫(約等於0．7Tm，Tm為材料的熔點)，應變速率相對較低，工業生產中受到限制。Langdon提出了超塑性變形的兩個必要條件：①局部縮頸受到限制；②空洞內部相互連接受到抑制。目前，採用高應變速率超塑性成形和低溫超塑性成形獲得細小晶粒。其中，等通道角擠壓技術是低溫超塑性的一種方法，在200℃溫度下可使AZ91鎂合金延伸率達到675％。
3半固態成形
半固態成形技術，是在金屬凝固過程中，將結晶過程式控制制在固—液兩相共存溫度，並通過劇烈攪拌破碎枝晶組織，從而獲得一種金屬母液中懸浮一定固相成分的固—液?昆合漿料，再採用壓鑄、模鍛等成形加工工藝進行的金屬成形技術。半固態加工，是一種新型、先進的工藝方法，與傳統液態鑄造成形相比，具有成形溫度低(鎂合金可降低100℃左右)，延長模具的壽命，改善生產條件和環境，細化晶粒，減少氣孔、縮孔，提高組織緻密性，提高鑄件質量等優點，被認為是21世紀最具有發展前景的精密成形技術之一。根據工藝流程的不同，半固態成形通常分為流變鑄(Rheocasting)和觸變鑄造(Thixocasting)兩類：流變鑄造是對冷卻過程中的金屬液進行攪動，將形成的固相枝晶破碎，形成一定固相分數的半固態金屬漿料，然後將漿料注入壓鑄機或擠壓機內成形(俗稱「一步法」)；而觸變鑄造是先由連鑄等方法製得具有半固態金屬組織的錠坯，然後切成所需長度，用二次加熱裝置再加熱到半固態狀態，最後移送至壓鑄機等再壓鑄或擠壓成形(俗稱「兩步法」)。
半固態成形過程一般包括非枝晶組織的製備、二次加熱和半固態成形3個步驟。製備非枝晶組織的坯料是半固態成形的前提，機械攪拌法是最早採用的方法，其設備構造簡單，但工藝參數不易控制，很難保證產品質量的一致性。目前工業化生產中，應用最為廣泛的方法有：電磁攪拌法、應變誘發熔化激活法(SIMA)和半固態等溫熱處理法(SSIT)以及化學晶粒細化法等。
3．1電磁攪拌法
利用電磁感應在凝固的金屬液中產生感應電流，感應電流在外加磁場的作用下促使金屬固液漿料激烈地攪動，使傳統的枝晶組織轉變為非枝晶組織。一般用於生產直徑不大於150mm的棒坯。該方法在很大程度上克服了機械攪拌的缺點，可實現連鑄，生產效率高，是目前工業化生產中應用最為廣泛的一種方法。
3．2應變誘發熔化激活法(SIMA)
預先連續鑄造出晶粒細小的合金錠，再將合金鑄錠進行足夠的預變形，然後加熱到半固態。在加熱過程中，先發生預變形，然後部分熔化，使初生相轉變成顆粒狀，形成半固態合金材料。此方法對製備較高熔點的非枝晶組織合金具有獨特的優越性，但只能製備直徑小於60mm的坯料。
3．3半固態等溫熱處理法
在合金熔融狀態時加人變質元素，進行常規鑄造，然後把錠坯重新加熱到固液兩相區進行保溫處理(半固態等溫熱處理)，最終獲得具有觸變性的非枝晶組織。主要工藝參數有添加微量元素的種類、加入量、半固態等溫溫度和保溫時間等。
3．4化學晶粒細化法
是近幾年開發的新方法。通過添加晶粒細化劑或變質劑，增加外來晶粒數量或改變結晶方式來細化晶粒組織，使生產的錠坯適合於半固態鑄造。據報道，挪威NorskHydro公司已經通過化學晶粒細化法與特殊的凝固條件結合製備了鎂合金AZ91的細晶粒鑄錠。
半固態觸變成形之前，先要進行局部重熔(二次加熱)。應根據加工零件大小精確分割具有非枝晶組織的坯料，然後將其加熱到半固態溫度後再進行成形加工。其目的一是為了獲得不同工藝所需的固相體積分數，二是將有些工藝(電磁攪拌，化學晶粒細化法等)獲得的細小枝晶碎片逐漸長大，並轉化成球狀結構，從而為觸變成形創造有利條件。
流變成形與觸變成形技術的區別在於前者是由液態在冷卻過程中形成半固態狀態，再成形的過程；後者則是有固態加熱至半固態狀態，然後進入成形工藝的過程。與流變鑄造相比，觸變鑄造易實現坯料的加熱和輸送自動化，是目前半固態鑄造的主要工藝方法。但是，無論是流變成形還是觸變成形，工藝流程較長，鑄件工藝成本相對較高。
4其它成形方法
鎂合金材料的其他製備方法還有擠壓鑄造法，粉末冶金法，噴射沉積法，真空浸漬法以及目前僅用於Mg—Li基複合材料的薄膜冶金法等。
5存在的問題及前景展望
近年來，鎂合金應用逐年提高，但一些尚待解決的問題使得鎂合金的廣泛生產受到限制。表現在以下幾個方面：鎂的化學活性很強，在空氣中易氧化，在高溫情況下可以發生燃燒，因此熔煉過程中須採用複雜的保護措施。工業中主要採用熔劑保護法和氣體保護法。熔劑保護法最大缺點是反應過程中產生的有害氣體嚴重污染環境並損害人體健康；而氣體保護法中經常採用且具有良好保護效果的SP6氣體，但其溫室效應是CO：的24900倍12」；鎂常溫下成形性差，目前工業上應用的多為鎂合金壓鑄件，限制了其它成形方法的運用；鎂合金沒有像鋁合金那樣大規模使用的另一個原因是其耐蝕性差，採用表面防護又增加了其生產成本。
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