簡介
鑄造鋁合金cast aluminium alloy
可用金屬鑄造成形工藝直接獲得零件的鋁合金，鋁合金鑄件
該類合金的合金元素含量一般多於相應的變形鋁合金的含量。
分類
據主要合金元素差異有四類鑄造鋁合金。(1)鋁矽系合金，也叫“矽鋁明”或“矽鋁明”。有良好鑄造性能和耐磨性能，熱脹係數小，在鑄造鋁合金中品種最多，用量最大的合金，含矽量在10%～25%。有時添加0.2%～0.6%鎂的矽鋁合金，廣泛用於結構件，如殼體、缸體、箱體和框架等。有時添加適量的銅和鎂，能提高合金的力學性能和耐熱性。此類合金廣泛用於製造活塞等部件。
(2)鋁銅合金，含銅4.5%～5.3%合金強化效果最佳，適當加入錳和鈦能顯著提高室溫、高溫強度和鑄造性能。主要用於製作承受大的動、靜載荷和形狀不複雜的砂型鑄件。
(3)鋁鎂合金，密度最小(2.55g/cm3)，強度最高(355MPa左右)的鑄造鋁合金，含鎂12%，強化效果最佳。合金在大氣和海水中的抗腐蝕性能好，室溫下有良好的綜合力學性能和可切削性，可用於作雷達底座、飛機的發動機機匣、螺鏇槳、起落架等零件，也可作裝飾材料。
(4)鋁鋅系合金，為改善性能常加入矽、鎂元素，常稱為“鋅矽鋁明”。在鑄造條件下，該合金有淬火作用，即“自行淬火”。不經熱處理就可使用，以變質熱處理後，鑄件有較高的強度。經穩定化處理後，尺寸穩定，常用於製作模型、型板及設備支架等。
鑄造鋁合金具有與變形鋁合金相同的合金體系，具有與變形鋁合金相同的強化機理﹙除應變強化外﹚，他們主要的差別在於：鑄造鋁合金中合金化元素矽的最大含量超過多數變形鋁合金中的矽含量。鑄造鋁合金除含有強化元素之外，還必須含有足夠量的共晶型元素﹙通常是矽﹚，以使合金有相當的流動性，易與填充鑄造時鑄件的收縮縫。目前基本的合金只有以下6類；
① AI-Cu合金, ② AI-Cu-Si合金 ③ AI-Si合金 ，④ AI-Mg合金 ， ⑤AI-Zn-Mg合金 ，⑥ AI-Sn合金。
鑄造鋁合金的牌號及成分
| 合金牌號 | 合金代號 | 主要元素（質量分數）(%) | |||||||
| | | Si | Cu | Mg | Zn | Mn | Ti | ||
| ZAlSi7Mg | ZL101 | 6.5～7.5 | | 0.25～0.45 | | | | | 餘量 |
| ZAlSi7MgA | ZL101A | 6.5～7.5 | | 0.25～0.45 | | | 0.08～0.20 | | 餘量 |
| ZAlSi12 | ZL102 | 10.0～13.0 | | | | | | | 餘量 |
| ZAlSi9Mg | ZL104 | 8.0～10.5 | | 0.17～0.35 | | 0.2～0.5 | | | 餘量 |
| ZAlSi5Cu1Mg | ZL105 | 4.5～5.5 | 1.0～1.5 | 0.4～0.6 | | | | | 餘量 |
| ZAlSi5Cu1MgA | ZL105A | 4.5～5.5 | 1.0～1.5 | 0.4～0.55 | | | | | 餘量 |
| ZAlSi8Cu1Mg | ZL106 | 7.5～8.5 | 1.0～1.5 | 0.3～0.5 | | 0.3～0.5 | 0.10～0.25 | | 餘量 |
| ZAlSi7Cu4 | ZL107 | 6.5～7.5 | 3.5～4.5 | | | | | | 餘量 |
| ZAlSi12Cu2Mg1 | ZL108 | 11.0～13.0 | 1.0～2.0 | 0.4～1.0 | | 0.3～0.9 | | | 餘量 |
| ZAlSi12Cu1Mg1Ni1 | ZL109 | 11.0～13.0 | 0.5～1.5 | 0.8～1.3 | | | | Ni0.8～1.5 | 餘量 |
| ZAlSi5Cu6Mg | ZL110 | 4.0～6.0 | 5.0～8.0 | 0.2～0.5 | | | | | 餘量 |
| ZAlSi9Cu2Mg | ZL111 | 8.0～10.0 | 1.3～1.8 | 0.4～0.6 | | 0.10～0.35 | 0.10～0.35 | | 餘量 |
| ZAlSi7Mg1A | ZL114A | 6.5～7.5 | | 0.45～0.60 | | | 0.10～0.20 | Be0.04～0.07 | 餘量 |
| ZAlSi5Zn1Mg | ZL115 | 4.8～6.2 | | 0.4～0.65 | 1.2～1.8 | | | Sb0.1～0.25 | 餘量 |
| ZAlSi8MgBe | ZL116 | 6.5～8.5 | | 0.35～0.55 | | | 0.10～0.30 | Be0.15～0.40 | 餘量 |
| ZAlCu5Mn | ZL201 | | 4.5～5.3 | | | 0.6～1.0 | 0.15～0.35 | | 餘量 |
| ZAlCu5MnA | ZL201A | | 4.8～5.3 | | | 0.6～1.0 | 0.15～0.35 | | 餘量 |
| ZAlCu4 | ZL203 | | 4.0～5.0 | | | | | | 餘量 |
| ZAlCu5MnCdA | ZL204A | | 4.6～5.3 | | | 0.6～0.9 | 0.15～0.35 | Cd0.15～0.25 | 餘量 |
| ZAlCu5MnCdVA | ZL205A | | 4.6～5.3 | | | 0.3～0.5 | 0.15～0.35 | Cd0.15～0.25 V0.05～0.3 Zr0.05～0.2 B0.005～0.06 | 餘量 |
| ZAlRE5Cu3Si2 | ZL207 | 1.6～2.0 | 3.0～3.4 | 0.15～0.25 | | 0.9～1.2 | | Ni0.2～0.3 Zr0.15～0.25 RE4.4～5.0 | 餘量 |
| ZAlMg10 | ZL301 | | | 9.5～11.0 | | | | | 餘量 |
| ZAlMg5Si1 | ZL303 | 0.8～1.3 | | 4.5～5.5 | | 0.1～0.4 | | | 餘量 |
| ZAlMg8Zn1 | ZL305 | | | 7.5～9.0 | 1.0～1.5 | | 0.1～0.2 | Be0.03～0.1 | 餘量 |
| ZAlZn11Si7 | ZL401 | 6.0～8.0 | | 0.1～0.3 | 9.0～13.0 | | | | 餘量 |
| ZAlZn6Mg | ZL402 | | | 0.5～0.65 | 5.0～6.5 | | 0.15～0.25 | Cr0.4～0.6 | 餘量 |
鑄造鋁合金的缺陷及分析
一 氧化夾渣
缺陷特徵：氧化夾渣多分布在鑄件的上表面，在鑄型不通氣的轉角部位。斷口多呈灰白色或黃色，經x光透視或在機械加工時發現，也可在鹼洗、酸洗或陽極化時發現產生原因：
1．爐料不清潔，回爐料使用量過多
2.澆注系統設計不良
3．合金液中的熔渣未清除乾淨
4．澆注操作不當，帶入夾渣
5.精煉變質處理後靜置時間不夠
防止方法：
1．爐料應經過吹砂，回爐料的使用量適當降低
2．改進澆注系統設計，提高其擋渣能力
3.採用適當的熔劑去渣
4．澆注時應當平穩並應注意擋渣
5．精煉後澆注前合金液應靜置一定時間
二 氣孔 氣泡
缺陷特徵：三鑄件壁內氣孔一般呈圓形或橢圓形，具有光滑的表面，一般是發亮的氧化皮，有時呈油黃色。表面氣孔、氣泡可通過噴砂發現，內部氣孔 氣泡可通過X光透視或機械加工發現氣孔 氣泡在X光底片上呈黑色。產生原因：
1．澆注合金不平穩，捲入氣體
2．型(芯)砂中混入有機雜質(如煤屑、草根 馬糞等)
3．鑄型和砂芯通氣不良
4．冷鐵表面有縮孔
5．澆注系統設計不良
防止方法 ：
1．正確掌握澆注速度，避免捲入氣體。
2．型(芯)砂中不得混入有機雜質以減少造型材料的發氣量
3．改善(芯)砂的排氣能力
4．正確選用及處理冷鐵
5．改進澆注系統設計
三 縮松
缺陷特徵：鋁鑄件縮松一般產生在內澆道附近飛冒口根部厚大部位、壁的厚薄轉接處和具有大平面的薄壁處。在鑄態時斷口為灰色，淺黃色經熱處理後為灰白淺黃或灰黑色在x光底片上呈雲霧狀嚴重的呈絲狀縮松可通過X光、螢光低倍 斷口等檢查方法發現。產生原因：
1．冒口補縮作用差
2．爐料含氣量太多
3．內澆道附近過熱
4．砂型水分過多，砂芯未烘乾
5．合金晶粒粗大
6．鑄件在鑄型中的位置不當
7．澆注溫度過高，澆注速度太快
防止方法：
1．從冒口補澆金屬液，改進冒口設計
2．爐料應清潔無腐蝕
3．鑄件縮松處設定冒口，安放冷鐵或冷鐵與冒口聯用
4．控制型砂水分，和砂芯乾燥
5．採取細化品粒的措施
6．改進鑄件在鑄型中的位置降低澆注溫度和澆注速度
四 裂紋
缺陷特徵 :1．鑄造裂紋。沿晶界發展，常伴有偏析，是一種在較高溫度下形成的裂紋在體積收縮較大的合金和形狀較複雜的鑄件容易出現
2．熱處理裂紋：由於熱處理過燒或過熱引起，常呈穿晶裂紋。常在產生應力和熱膨張係數較大的合金冷卻過劇。或存在其他冶金缺陷時產生
產生原因：
1．鑄件結構設計不合理，有尖角，壁的厚薄變化過於懸殊
2．砂型(芯)退讓性不良
3．鑄型局部過熱
4．澆注溫度過高
5．自鑄型中取出鑄件過早
6．熱處理過熱或過燒，冷卻速度過激
防止方法:
1．改進鑄件結構設計，避免尖角，壁厚力求均勻，圓滑過渡
2．採取增大砂型(芯)退讓性的措施
3．保證鑄件各部分同時凝固或順序凝固，改進澆注系統設計
4．適當降低澆注溫度
5．控制鑄型冷卻出型時間
6．鑄件變形時採用熱校正法
7．正確控制熱處理溫度，降低淬火冷卻速度
氣孔分析
壓鑄件缺陷中，出現最多的是氣孔。氣孔特徵。有光滑的表面，形狀是圓形或橢圓形。表現形式可以在鑄件表面、或皮下針孔、也可能在鑄件內部。
（1）氣體來源
1） 合金液析出氣體—a與原材料有關 b與熔煉工藝有關
2） 壓鑄過程中捲入氣體¬—a與壓鑄工藝參數有關 b與模具結構有關
3） 脫模劑分解產生氣體¬—a與塗料本身特性有關 b與噴塗工藝有關
（2）原材料及熔煉過程產生氣體分析
鋁液中的氣體主要是氫，約占了氣體總量的85%。
熔煉溫度越高，氫在鋁液中溶解度越高，但在固態鋁中溶解度非常低，因此在凝固過程中，氫析出形成氣孔。
氫的來源：
1） 大氣中水蒸氣，金屬液從潮濕空氣中吸氫。
2） 原材料本身含氫量，合金錠表面潮濕，回爐料髒，油污。
3） 工具、熔劑潮濕。
（3）壓鑄過程產生氣體分析 由於壓室、澆注系統、型腔均與大氣相通，而金屬液是以高壓、高速充填，如果不能實現有序、平穩的流動狀態，金屬液產生渦流，會把氣體卷進去。
壓鑄工藝制定需考慮以下問題：
1） 金屬液在澆注系統內能否乾淨、平穩地流動，不會產生分離和渦流。
2） 有沒有尖角區或死亡區存在？
3） 澆注系統是否有截面積的變化？
4） 排氣槽、溢流槽位置是否正確？是否夠大？是否會被堵住？氣體能否有效、順暢排出？
套用計算機模擬充填過程，就是為了分析以上現象，以作判斷來選擇合理的工藝參數。
（4）塗料產生氣體分析 塗料性能：如發氣量大對鑄件氣孔率有直接影響。
噴塗工藝：使用量過多，造成氣體揮發量大，沖頭潤滑劑太多，或被燒焦，都是氣體的來源。
（5）解決壓鑄件氣孔的辦法
先分析出是什麼原因導致的氣孔，再來取相應的措施。
1） 乾燥、乾淨的合金料。
2） 控制熔煉溫度，避免過熱，進行除氣處理。
3） 合理選擇壓鑄工藝參數，特別是壓射速度。調整高速切換起點。
4） 順序填充有利於型腔氣體排出，直澆道和橫澆道有足夠的長度（>50mm），以利於合金液平穩流動和氣體有機會排出。可改變澆口厚度、澆口方向、在形成氣孔的位置設定溢流槽、排氣槽。溢流品截面積總和不能小於內澆口截面積總和的60%，否則排渣效果差。
5） 選擇性能好的塗料及控制噴塗量。
解決缺陷的思路
由於每一種缺陷的產生原因來自多個不同的影響因素，因此在實際生產中要解決問題，面對眾多原因到底是非功過先調機？還是先換料？或先修改模具？建議按難易程度，先簡後複雜去處理，其次序：1） 清理分型面，清理型腔，清理頂桿；改善塗料、改善噴塗工藝；增大鎖模力，增加澆注金屬量。這些靠簡單操作即可實施的措施。
2） 調整工藝參數、壓射力、壓射速度、充型時間、開模時間，澆注溫度、模具溫度等。
3） 換料，選擇質優的鋁合金錠，改變新料與回爐料的比例，改進熔煉工藝。
4） 修改模具，修改澆注系統，增加內澆口，增設溢流槽、排氣槽等。
例如壓鑄件產生飛邊的原因有：
1） 壓鑄機問題：鎖模力調整不對。
2） 工藝問題：壓射速度過高，形成壓力衝擊峰過高。
3） 模具問題：變形，分型面上雜物，鑲塊、滑塊有磨損不平齊，模板強度不夠。解決飛邊的措施順序：清理分型面→提高鎖模力→調整工藝參數→修復模具磨損部位→提高模具剛度。從易到難，每做一步改進，先檢驗其效果，不行再進行第二步。
