压铸件的内部孔隙缺陷

压铸件的内部孔隙缺陷

由于压铸工艺本身的技术特点，压铸件内部会存在一系列的铸造缺陷，这些缺陷对铸件质量的评价起决定性作用。在众多不同的缺陷中，内在孔隙缺陷占主要方面。铸件内部孔隙的大小及范围主要取决于压铸工艺及铸件的结构形状，对铸件内部孔隙的具体要求，大多数是由压铸厂家与用户相互讨论协商决定的。用户应依照铸件用途与功能的要求，制定一个允许的孔隙标准，如盲目的要求小的孔隙度，无疑会增加铸件的生产成本。

当铸件的结构设计符合压铸工艺的特性，压铸的经济优势才能得以显现。有时对铸件功能及外观无影响的部分稍加改变，往往会明显的节约生产费用。压铸件的精度及成本取决于压铸模具的复杂程度，压铸件的几何形状越简单，模具制作就越便宜，精度越高模具制作费用就越高。另一方面，不切实际的要求铸件简化结构也是不恰当的，因为压铸工艺的基本特点之一正是可生产复杂结构的铸件。

一个压铸件的最终成型及其性能取决于大量的不同参数，这些参数可以归纳为三大类，即压铸合金、压铸工艺及压铸模具。最后两项是与铸件结构设计及压铸设备可提供的工艺参数紧密相关。故在此对铸件造型的考虑，不仅包含铸件的结构造型，还应包含对压铸合金的选择、工艺过程及标准化的考虑。因此，面对一个有合理结构造型的压铸件，并对压铸件有相当高的质量要求时，就应该考虑并认真研究压铸合金的特性、符合压铸的浇道、排气系统以及压铸机的技术参数等方面的相关因素。因为不考虑这些方面的因素时，就不可能找到一个可以弥补结构上

不足的最佳解决办法。

压铸件内部的孔隙缺陷形成有着不同的原因，这是压铸工艺特点产生的主要问题之一。长期以来，生产与研究人员为了减少铸件内部孔隙度采取了许多措施。孔隙度除了对铸件的表面质量及致密性有影响，还会使压铸合金的抗拉强度及延展性变差，导致压铸件不能进行热处理，使废品率增加等。铸件内部的孔隙度首先取决于铸件的结构造型，压铸工艺参数。如：压射冲头速度，增压及模具内的浇道系统，排气通道及溢流槽的造型及布置。为此开发的一些特殊压铸工艺，如真空压铸或PFD（无气孔压铸）工艺，其目的也是要提高铸件的材料特性。尤其是由于结构原因的厚大部位出现的孔隙，此处的孔隙是由缩孔及夹杂气体组成的。因此，要生产具有好的机械性能和无缺陷的压铸件，其基本前提是在压射过程中尽可能少的使气体夹裹于铸件内，并将要将这样的气体压至到一个微小的尺寸。

压铸件内的气孔通常是气体夹杂，这些气体由模具型腔的空气、润滑剂汽化、铸件冷却及凝固时释放的气体组成。在将液态金属以较高的速度压入模具型腔时，型腔内的空气只有一部分经排气通道逸出。由于润滑剂的燃烧及气化产生的气体，与模具型腔残留的空气一起夹杂于铸件内，从而出现所不希望的气孔。此后，这些气孔通过增压被压缩，存留在凝固的铸件内。在压射充型时模具型腔内混合气体的体积相当大，一般占到模具型腔一半左右的空气会滞留于凝固的铸件内。

缩孔是在铸件凝固过程中由于体积收缩所形成的空腔。当铸件在凝固时，压室内金属液在高的增压时难以保证经窄的浇口断面对整个铸件

进行填充，体积收缩不能通过浇道金属液填充型腔体积空缺，如果没有液态金属通过相邻的凝固的铸件横断面补充空腔，那么在铸件局部厚大处就会形成强制的缩孔。压铸件内微缩孔与气孔的区分往往十分困难。 通过相关研究机构的数据可以推知，铸件内部孔隙中缩孔的体积成份大大的高于气孔的体积成份。气孔的体积成份与压铸工艺技术参数以及模具型腔的排气有关，而缩孔的体积成份是由铸件冷凝时的热条件确定的。

减少气孔可以通过充分挖掘压铸工艺技术来实现。即设计合理的浇道系统，通过模具内排气及溢流通道的正确布置使模具型腔有好的排气；对第一、二压射阶段压射活塞运动进行最佳调整；最后施加较高的增压，这样的措施有可能将由于紊流充模留在模具型腔内的气体体积减至最小。

除了这些通过压铸工艺技术上的措施，近年来还不断开发出了用于防止出现压铸件孔隙的大量特殊的方法。在这些方法中有所谓的无孔隙真空压铸工艺及速精密工艺，强制性的对模具型腔及压室进行抽真空排气，可以明显地减少了气孔，使压铸件具有较高的密度。然而模具型腔脱模剂及冲头润滑剂燃烧蒸发产生的气体、以及从金属熔化物中分离出来的气体，与缩孔一样对有无真空下铸件的孔隙度不产生影响。对于真空压铸工艺来说，在充模过程，合金内混入模具型腔5~13%气体体积，在这样低的气体含量下压铸件可以进行热处理，并在处理时不会出现气泡。

对于每种压铸合金来说，从液态转为固态时，都会有体积减少，形

成缩孔，尤其是在最后凝固的铸件范围内。根据压铸合金的成份，凝固过程体积收缩（减少）3~6%，因为压铸合金凝固开始的密度与结束时密度之间的差别相当大。铸件内的缩孔是对凝固过程体积的收缩及铸件补缩不足造成的体积亏空的填补，故铸件设计时必须对此考虑。缩孔常出现在材料厚大堆积处，因此设计压铸件时要避免有厚大部位，一般薄壁件较厚壁铸件出现缩孔的较少。

为了补偿在铸件内的体积减少，要将压室内的液态金属经浇道系统、浇口，在铸件凝固之前输送至模具型腔内。在此情况下，模具型腔内的液态金属在压射冲头施加的压力下凝固，压射冲头的增压作用在将要凝固的型合金上，以便弥补凝固收缩，减少孔隙率。铸件最薄的范围首先凝固，此时铸件厚的部分，尤其是距浇口远的地方起着对薄壁处的补缩作用，以便平衡凝固过程的体积收缩，浇口处最后经由料饼补缩，料饼对整个铸件体积进行补缩来平衡缩孔。

由收缩形成孔隙的原因是型腔内的铸件从液态过渡到固态冷却时补缩不够充分形成的。当浇口横断面的凝固时间等于最厚铸件范围的凝固时间，认为可以进行补缩。但通常情况下浇口为1~2mm范围的薄断面，它要比铸件各个局部提前凝固，因此，对铸件的补缩能力会中断，从经验看这会导致铸件内整个孔隙度的增加。在实际当中，铸件会存在各种不同的壁厚，各处有不同的凝固时间，因此铸件内部补缩的能力是有限的。故铸件在凝固过程中只有一部分的体积收缩能通过有效的增压补缩进行弥补，其余的体积收缩部分会形成缩孔及凹陷。

为防止铸件内出现孔隙，应尽可能减少气体在模具型腔内的残留，

提高增压，以便将夹杂的气体体积压缩到相当小的尺寸，缩孔应通过压铸件及浇口的正确凝固设计来减少。