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铸造工程
Foundry Engineer ing
汽车铝合金缸盖铸件缺陷分析及控制
刘永刚,蔚明权
(一汽铸造有限公司有色铸造分公司,吉林长春130062)
摘要:对铝合金缸盖的针孔和气密漏缺陷进行了分析。铝液吸氩是产生针孔的主要原因,可以
通过对铝液进行精炼除气,并合理选择浇注参数和严格控制浇注过程来抑制针孔缺陷;发动机
缸盖气密漏是由水套砂芯发气量过大造成的,提出了降低砂芯自身发气量和加强浇注模具排气
能力的控制措施。
关键词:铝合金缸盖;针孔;气密性;铸造工艺
中图分类号:TG245文献标识码:A文章编号:1673-3320(2013)04-0006-05
Defects Analysis and Control of Automotive Aluminum Alloy
Cylinder Head Castings
Liu Yonggang, Yu Mingquan
( Non-ferrous Foundry, FAW Foundry Co, Ltd, Changchun 130062, Jilin, China
Abstract: The pinhole and air leak of aluminum alloy cylinder head were analyzed. The main reason
for pinholes was the molten aluminum absorbing hydrogen, which can be controlled by degassing and
choosing casting parameters reasonability. The air leak resulted from the more gas evolution of water
jacket and core, and it can be controlled by reducin the gas volatilization of water jacket sand core and
increasing the exhaust ability of casting mould
Key words: aluminum alloy cylinder head; pinhole; air tightness; casting process
桥车铸件目前正朝着轻量化、精确化、强
我厂从上世纪80年代开始生产铝合金缸盖
韧化和复合化方向发展。研究表明,汽车质量等发动机用铸件。在近20年的生产中积累了大量
每减重100kg,油耗可降低0.007Lkmリ。在英的经验。本文对铝合金缸盖常见铸造缺陷产生的
国,1989年汽车单车用铝量为47kg,1992年为原因进行了分析,并提出了具体的防止和控制措
50~60kg,2000年已达到15kg;美国、日本施。
等也有相同的趋势。而在我国,“九五”计划的
轿车单车用铝量为30kg,轻型车为60kg,差距1铝合金缸盖针孔
是明显的。因此,加大铝合金铸件的应用是轿车
针孔是铝合金铸件常见缺陷。它不但降低铸
工业的重要发展趋势。目前国内外几乎大部分轿件的力学性能、致密性、抗腐蚀性能、抗裂纹扩
车的缸盖已经采用高强度铝合金生产,铝合金缸展性能,同时还影响铸件外观质量
盖正在迅速取代铸铁缸盖叫。1992年美国大约29%1.1铝合金针孔产生原因
的小汽车和轻型汽车采用铝合金缸盖,到1998年
氢是导致铝合金产生针孔的主要根源。空气
提高到88%,而欧洲1998年提高到919%9。铝合中只含氢0.01%(体积分数),在铝合金的熔化过
金缸盖制约着引进车型的产量及质量。由于铝合程中,金属周围空气介质的含氢量不大。因此许
金缸盖结构和工艺都很复杂,而且质量要求非常多研究者认为,吸氯的主体是空气中的水分。在
高,因此,国内铝合金缸盖铸件的废品率很高。
高于400℃时,铝和空气中的水蒸气接触后产生
收稿日期:2012-12-04
作者简介:刘永网刚(1974-),男,高级工程师,主要从事汽车铝合金铸件铸造工艺开发及质量改进工作
2013年第4期
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汽车铝合金直盖铺件缺分及制米
炼工艺可以获得比较洁浄的铝合金熔体,为防止
3H20+2Al=A2O:+6[H
缸盖针孔的产生提供必要的保证
3H2O+2Al=A12O3+2H2
旋转除气精炼工艺有儿点值得注意。首先
生成一部分氢原子和一部分氢分子。前者为铝液除气棒在使用前必须经充分烘烤,否则会对铝
吸收,后者进入空气。通过热力学计算可以得液造成污染。另外应选择适用的气体。由于氮
出,在A1-H2O-H2体系内,即使水蒸气分压很小,气价格低廉,通氮精炼是最早采用的方法。但
平衡氢分压也可达到很高值,足以加速氢原子在它存在明显的不足:①为避兔生成大量氮化物
铝液中的扩散。假设727℃时大气中水蒸气分压夹杂(如AIN、MgN2等),精炼温度要求过低
为1333.221Pa,那么,在铝液一气体界面上的氢(710~720℃)?,从而限制了氢向气泡的扩散能
分压可达到8.9×10MPa,每100g铝液中含氢量カ;②氮气泡只能吸入约为本身容量0.1倍的氢,
可达到3.24×105cm3[?。在产生氢的同时也生成精炼效果不明显;③对氮气质量要求比较严格
氧化膜,且该氧化膜不会开裂,因此它在一定程含微量的氧和水分都会极大地降低精炼效果,如
度上可阻止上述反应的进行。
含氧0.5%即可使除气效果降低40%8。另外一种
从氢气的来源和进入铝液的过程可以看出,影常用的气体为氟气,它具有以下优点:①氩气是
响铝液吸附氢气的因素不外乎两个:①铝液周围的工业产品,质量比较容易保证;②通氤精炼的温
水蒸气含量:②铝液中氧化膜的致密程度。随着空度可提高到760℃,有利于增强氢的扩散能力;
气中含水量的不断变化,铝液中的含氢量也在不断③由于氩的密度比氧大,可富集在铝液表面防止.
变化,进而气孔量也随之变化。冬天空气中含水量铝液与炉气的反应,因此精炼效果较好(接近
为3~4g/m3,夏天达18gm2以上,相应地在空气湿C2C16的精炼效果)。因此使用高纯的鲺气作为
度最大的夏季铸件产生的针孔最多。
精炼的介质。
溶解在铝液中的氢有三种状态:原子态
铝水精炼后需要进行评价和检测。根据式
分子态和化合物态。其中只有氢分子可能形成(1)的原理对除气后铝液的密度指数进行监控。
针孔,氢分子与氢原子处于动态平衡状态2[IH]
H2。在金属结晶过程中,氢原子、氢分子和氧
×100%
化物分别以不同形式析出:氢原子扩散至金属表式中:D为铝液密度指数(也称为含气指数);の1为
面,然后脱离吸附状态蒸发;氢分子以气泡形常压密度,在常压下测得的铝液密度;P2为真空
式从金属液排除;氢化物以非金属夹杂物形式排密度,在相对负压-8kPa下测得的铝液密度。
除。从金属液中析出的一部分气泡未能上浮至界
从式(1)可以看出,铝液中气体被排除得
面,则留在金属液中使铸件产生针孔。
越彻底,P1和P2的数值越接近,两者的差值就越
1.2铝合金缸盖针孔防止与控制
小,那么D值就越小,也就是说铝液的精烁效果
1.2.1洁净的铝合金熔体
越好。所以D值是铝液精炼效果评价的量化指
铝合金熔体的洁净是防止缸盖产生针孔的关标。
键,目前主要使用旋转除气精炼工艺。它利