铸铝金具制造质量控制
一、铸铝金具质量问题及主要原因
1.铸铝金具常见的质量问题：
1）材质化学成分不合格；
3）铝铸造件内部出现气孔、疏松；
2.材质化学成分不合格主要原因:
1）进厂的原材料成分不合格，没有经过检验检测就投入使用；
2）自己熔炼时各种原材料配置比例不合格，如硅（Si）、镁（Mg）等加入量太多或太少；
3）加入的回炉料没有经过成分检测就投入使用；
4）回炉料中各种杂质，特别是有害杂质铁（Fe）带入铝液中；
5）熔炼中熔炼炉没有清理干净（洗炉），不同牌号铝合金成分混杂； 6）各种熔炼工具、金属模等没有进行清理和喷刷涂料，有害杂质铁（Fe）带入铝液中。
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）熔炼温度过高、时间过长，导致有用元素烧损、杂质的增加。 3.铝铸造件表面出现可见裂纹原因：
1）合金的铸造性能差，线收缩系数大，如纯铝；
2）浇注温度过高，而模具温度过低；
3）开模过早，铝液还没有凝固；
4）开模过迟，铸件对模具、芯棒的包裹力过大，导致脱模力过大。
5）模具补缩系统不良，对铸件的补缩不足
6）铸件壁厚相差过大。
4.铸件出现冷隔、浇不足原因：
1）合金的铸造性能差，流动性差，如纯铝；
2）浇注温度过低或模具温度过低；
3）模具排气不良；
4）模具设计不合理，压力头不足；
5）铸件壁厚太薄，不适合用重力铸造、砂模铸造；
6）铝合金液未进行变质处理，合金流动性差；
7）铝合金含硅（Si）低于标准值,合金流动性差。
5.铝铸造件内部出现气孔、疏松原因：
1）铝合金熔炼时温度过高、时间过长或铝锭受潮没有进行烘干，导致金属液吸入的氢气太多；
2）熔炼时铝液未进行精炼除气处理；
3）模具模具排气不良；
4）铝合金熔炼温度过高、时间过程、浇注时间拖延过长，导致金属氧化严重，炉气中有害气体、杂质入侵增加；
6.材料强度不符合要求原因：
1）是铸件在铝液熔炼和浇注中各种问题引起；
材料强度是否符合标准要求是上述铸铝件各种质量问题综合的反映，如材质化学成分不合格；铝铸造件表面出现可见裂纹、冷隔、浇不足；铝铸造件内部出现气孔、疏松等反映；
2）铝液没有经过变质细化处理；
3）铝合金热处理不当引起。
至于产品强度不符合要求还与产品设计有关。
二、铸铝金具质量问题解决对策
1.铸铝件材质化学成分不合格解决对策：
1）进厂的原材料成分必须经检验合格后才能入库，检验标准如下：
a)纯铝锭应符合标准GB/T1196《重熔用铝锭》；
表（ 1 ）常用《重熔用铝锭》化学成分（GB/T1196）
铝锭牌号 | 质量分数（％） |
AI≥ | 杂质≤ |
Si | Fe | 杂质总量 |
AI99.7 | 99.7 | 0.10 | 0.20 | 0.30 |
AI99.6 | 99.6 | 0.16 | 0.25 | 0.40 |
AI99.5 | 99.5 | 0.22 | 0.30 | 0.50 |
| | | | |
b)铸造铝合金锭应符合标准GB/T8733《铸造铝合金锭》，常用的有ZL101AD、ZL102D
、ZL104D等
表（ 2 ）常用铝合金锭主要化学成分（GB/T8733）
合金牌号 | 合金代号 | 质量分数（％） |
主要元素 | 杂质总量≤ | Al |
Si | Mn | Mg | Ti | Fe | 其他 |
ZAlSi7Mg | ZL101D | 6.5～7.5 | 多功能限位器 | 0.3～0.5 | | 0.4 | — | 余量 |
ZAlSi7MgA | ZL101AD | 6.5～7.5 | | 0.3～0.5 | 0.08～0.20 | 0.12 | — | 余量 |
ZAlSi12 | ZL102D | 10.0～13.0 | | | | 0.60 | — | 余量 |
ZAlSi9Mg | ZL104D | 8.0～10.5 | 0.20～0.50 | 0.20～0.35 | | 0.45 | — | 余量 |
| | | | | | | | |
注：以上铝合金锭都是AI—Si系铝合金，主要特点是都含有硅（Si）元素，AI—Si系铝合金中主要元素作用：
(1) 硅（Si）元素：
当铝硅合金中含硅（Si）的质量分数在12.6％时，我们称其为“共晶铝硅合金”，当硅（Si输液瓶）的质量分数＜12.6％时称其为“亚共晶铝硅合金”，当硅（Si）的质量分数＞12.6％时称其为“过共晶铝硅合金”。
因为硅（桥型铰链Si）元素在铝硅合金基体形成Al—Si共晶体，Al—Si共晶体的增加提高了合金的强度和流动性、降低合金线收缩率、减小合金的热裂倾向。但随着Al—Si共晶体的增加，合金的可切削性、伸长率、导电率、耐蚀性等都在降低。
当硅（Si）的质量分数＞12.6％，形成“过共晶铝硅合金”时，铝硅合金中出现大量初晶硅，粗大的初晶硅出现严重割裂了基体，降低了铝硅合金的机械强度。从表列的四种铝硅合金可见，它们的含硅量都在共晶与亚共晶的区间，这样能得到良好的铸造和力学综合性能。
(2) 镁（Mg）元素：在铝硅合金中加入一定的镁（Mg）元素，形成Al—Si—Mg合金。Mg与Si形成Mg2Si中间相化合物，在对Al—Si—Mg合金进行固溶处理和时效处理时，因Mg2Si中间相的作用，能提高铝合金强度、硬度、流动性。当镁（Mg）元素含量达0.2％～0.5
％时，铝合金的抗拉强度有明显提高，但韧性降低；当镁（Mg）元素含量超过0.5％时则容易氧化，增大合金的粘模性、并使合金的流动性变差。
表（ 2 ）所列的四种铝硅合金中ZLD102不含镁（Mg）元素，不呈现出热处理的强化效果外，其余三种（ZLD101、ZLD101A、ZLD104）均含有镁（Mg）元素，所以都可以通过固溶（淬火）＋时效的热处理方法来提高合金的强度。
(3) 锰（Mn）元素：在合金基体中形成MnAl 6的弥散质点，并阻止再结晶的粗大化，有效地细化再结晶晶粒，从而提高合金强度、耐热性、耐蚀性，减小粘模性。锰（Mn）元素并能与有害元素铁（Fe）形成形成化合物，达到溶解杂质铁（Fe），减小杂质铁（Fe）的有害作用。但过多会使合金产生硬化与脆性。
在ZLD104铝合金中加入0.20％～0.50％的锰（Mn）元素，能提高耐蚀性能和强度。
(4) 钛（Ti）元素：加入钛（Ti）能使合金晶粒细化提高合金的强度。ZLD101A铝合金的含硅（Si）量与含镁（Mg）量与ZLD101铝合金相同，但ZLD101A铝合金加入了0.08％～0.20％的钛（Ti）元素，使强度有很大提高，所以ZLD101A铝合金的强度大于ZLD101铝合金。
但生成的化合物密度比铝合金大，在熔炼时或铝液放置时间长就容易发生钛（Ti）元素沉淀或偏析。
(5) 铁（Fe）元素：铁（Fe）元素是铝合金中最主要的有害元素。铁（Fe）在铝合金中生成Al3Fe、Al9Fe2Si2等针状结晶体，降低了铝合金的强度、增加了脆性、抗蚀性降低。并且使合金的铸造流动性变差、热裂倾向增大。但铁（Fe）元素在增在适当范围内有利于铸件的脱模，所以在GB/T8733《铸造铝合金锭》中同种牌号压铸用铸造铝合金锭的含铁（Fe）量会略高于普通铸造铝合金锭0.3％左右。由于压铸件的冷却速度快，所析出的结晶很细，对强度不会带来太大的影响。
我们常用铝合金中含铁（Fe）量的多少来评价铝合金的纯洁度，如356Z.2
（ZLD101A单宁酶）就是高纯洁度铝合金，含铁（Fe）量在0.12％以下。这也是ZLD101A铝合金强度高的原因之一。
但用高纯洁度铝合金锭制造出来的产品含铁量未必就低，因为铝合金锭在二次熔炼、浇铸过程会有很多增铁的可能性。因此在生产中必须严格控制铝合金的增铁。
(6) 铜（Cu）元素：铜（Cu）元素会形成Al2Cu，提高合金的强度、硬度和耐热性，介降低了合金的伸长率和耐蚀性，增加热裂倾向。铝合金电力线路金具对耐蚀性能要求很高，因此铜（Cu）元素是一种有害元素，金具生产厂家应避免铝回炉料中混入铜削。
(7) 锌（Zn）元素：锌（Zn）元素降低了铝合金的强度，增加了热裂倾向。在Al—Si合金中锌（Zn）元素控制在0.1％～0.2％范围内。
以上是电力金具制造厂常用铝合金的几种主要元素和几种容易混入的有害元素，其元素就不作说明。
必须充分注意的是一旦铝合金液中某有害元素超出标准要求，是不可能用什么办法来加以去除的，唯一的办法是加入高纯度的纯铝锭进行冲淡处理，使该有害元素的含量符合标准要求，同时要求做到其他必须的元素含量也符合标准要求，这一操作是较困难的。
c) 铸造铝合金产品应符合标准GB/T1173《铸造铝合金》，常用的有ZL101A、ZL102、ZL104等。
GB/T1173《铸造铝合金》标准见表（ 3 ）、表（ 4 ）
表（ 3 ）用常铸造铝合金化学成分（GB/1173）
合金牌号 | 合金代号 | 主要元素，％ |
Si | Mg | Mn | Ti | 其他杂质 | Al |
ZAISi7Mg | ZL101 | 6.5～7.5 | 0.25～0.45 | | | | 余量 |
ZAISi7MgA | ZL101A | 6.5～7.5 | 0.25～0.45 | | 0.08～0.20 | | 余量 |
ZAISi12 | ZL102 | 10.0～13.0 | | | | | 余量 |
ZAISi9Mg | ZL104 | 8.0～10.5 | 0.17～0.35 | 0.2～0.5 | | | 余量 |
| | | | | | | |
表（ 4 ）用常铸造铝合金杂质允许含量（GB/1173）
合金牌号 | 合金代号 | 主要元素，不大于％ |
Fe | Cu | Mg | Zn | Mn | Ti | Zr | Ti＋Zr | Be | 杂质总和 |
S | J | S | J |
ZASi7Mg | ZL101 | 0.5 | 0.9 | 0.2 | | 0.3 | 0.35 | | | 0.25 | 0.1 | 1.1 | 1.5 |
ZASi7MgA | ZL101A | 0.2 | 0.2 | 0.1 | | 0.1 | 0.10 | | 0.20 | | | 0.7 | 0.7 |
ZASi12 | ZL102 | 0.7 | 1.0 | 0.3 | 0.10 | 0.1 | 0.5 | 0.20 | | | | 2.0 | 2.2 |
ZASi9Mg | ZL104 | 0.6 | 0.9 | 0.1 | | 0.25 | | | | 0.15 | 0.1 | 1.1 | 1.4 |
| | | | | | | | | | | | | |
GB/T1173《铸造铝合金》标准是用符合GB/T8733《铸造铝合金锭》标准进行熔炼（熔化）后成铸件产品的化学成分，表（ 2 ）与表（ 3 ）比较只允许Mg有所烧损。表（ 2 ）与表（ 4 人工天竺黄）比较允许铁（Fe）等杂质有所增加。因为这是客观的要求。但Mg的烧损量和Fe的增加量必须控制在GB/1173标准之内。
没有标准规定“钝铝铸件”中允许Fe、Si等杂质可以增加量多少，因为钝铝（重熔用铝锭）一般只是用来制作各种铝合金的原料或压力加工（热、冷挤压、拉伸）成管、板、丝、带等。很少直接铸造成产品。只能按《重熔用铝锭》（GB/T1196）标准规定的化学成分来检验钝铝铸件。但“钝铝铸件”是由“重熔用铝锭”经过再熔炼而来，混入少量的Fe、Si等杂质也是必然的，用同一纯度等级的“重熔用铝锭”来熔炼出同一纯度的“钝铝铸件”是比较困难的，只有在熔炼过程对熔炼炉中杂质进行清理，对熔炼工具进行清理和涂刷涂料等才有可能。一般可用高一纯度等级的“重熔用铝锭”来熔炼低一纯度等级的“钝铝铸件”，如用99.7纯度等级的“重熔用铝锭”来熔炼99.5纯度等级的“钝铝铸件”。压力加工不会带入Fe、Si等杂质。
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