铝合金铸造主要缺陷及其成因分析 在铝合金铸件的生产过程中，各类缺陷的产生直接影响产品的力学性能、气密性及合格率。准确识别缺陷并理解其根本原因，是进行工艺优化与质量控制的基础。

一、孔洞类缺陷

此类缺陷主要源于金属液中的气体或凝固收缩，是铸造中最常见的问题之一。

1.气孔

卷气：浇注系统设计不当或压射速度过高，导致金属液产生湍流，将型腔内的空气卷入并包裹其中。

排气不良：模具排气槽面积不足、位置不当或发生堵塞，致使型腔内气体无法顺利排出。

涂料发气：过量的脱模剂或模具涂料在接触高温金属液时瞬间挥发，产生大量气体。

原料含湿：使用的回炉料、铝锭或涂料中含有水分，未经充分烘干即投入使用。

熔体除气不充分：熔炼过程中的精炼工艺（如旋转除气）未能有效去除溶解在铝液中的氢气。

形貌特征：孔洞内壁光滑、呈圆形或椭圆形。通常在X射线检测或后续机械加工中暴露。

成因机理：

卷气：浇注系统设计不当或压射速度过高，导致金属液产生湍流，将型腔内的空气卷入并包裹其中。

排气不良：模具排气槽面积不足、位置不当或发生堵塞，致使型腔内气体无法顺利排出。

涂料发气：过量的脱模剂或模具涂料在接触高温金属液时瞬间挥发，产生大量气体。

原料含湿：使用的回炉料、铝锭或涂料中含有水分，未经充分烘干即投入使用。

熔体除气不充分：熔炼过程中的精炼工艺（如旋转除气）未能有效去除溶解在铝液中的氢气。

2.缩孔与缩松

形貌特征：孔洞内壁粗糙、形态不规则，常集中于铸件的热节、厚大断面或内浇道附近。

缩松是由密集分布的微小缩孔构成的网状组织。

成因机理：

补缩不足：铝合金在凝固过程中发生约6%的体积收缩，若其所在的凝固区域无法获得足够的液态金属补充，即形成缩孔。

凝固顺序失控：理想的凝固顺序应实现远离浇口的区域向浇口方向定向凝固。若顺序颠倒，厚大区域将形成孤立的液相区，无法获得补缩。

浇冒口系统设计缺陷：冒口的尺寸、位置或补缩通道设计不合理，无法提供有效的补缩压力与路径。

浇注温度不当：过高的浇注温度增大了金属的体收缩率，并延长了凝固时间，不利于建立有效的温度梯度以实现顺序凝固。

形貌特征：孔洞内壁粗糙、形态不规则，常集中于铸件的热节、厚大断面或内浇道附近。缩松是由密集分布的微小缩孔构成的网状组织。

二、表面类缺陷

这类缺陷直接影响铸件的外观质量，其成因多与充型过程相关。

1.流痕与冷隔

模具或金属液温度过低：导致金属液流动性下降，前沿过早凝固。

充型速度不足：浇注速度或压射速度偏低，金属液动能不够。

浇道系统阻力过大：浇注系统设计导致充型路径过长或截面积过小。

型腔背压过高：排气不畅使型腔内气体压力升高，阻碍金属液平稳充填。

形貌特征：铸件表面存在蜿蜒的条纹或明显的接合痕迹，是两股金属流前沿未能完全融合所致。

2. 拉伤与粘模

模具脱模斜度不足。 模具型腔表面存在损伤或倒扣。

顶出系统设计不合理：如顶杆布置不均、数量不足或顶出力不平衡。

铸件收缩应力过大：模具冷却系统设计不当，导致铸件对型芯或模仁的包紧力过大。

脱模剂性能或喷涂工艺不佳。

形貌特征：铸件表面出现线性划伤，严重时部分铸件材料会粘附在模具型腔表面。

成因机理：

模具脱模斜度不足。

模具型腔表面存在损伤或倒扣。

顶出系统设计不合理：如顶杆布置不均、数量不足或顶出力不平衡。

铸件收缩应力过大：模具冷却系统设计不当，导致铸件对型芯或模仁的包紧力过大。

脱模剂性能或喷涂工艺不佳。

三、裂纹类缺陷

裂纹是严重的铸造缺陷，通常与应力集中和材料性能有关。

1.热裂

合金热脆性：合金的凝固温度区间较宽，或在晶界处形成低熔点共晶相（如Al-Si合金中富铁相的析出），显著降低了高温强度。

铸件结构设计不当：截面厚度突变，导致应力集中。

收缩受阻：型芯或模具的退让性差，在铸件凝固收缩阶段产生过大的机械阻力。

形貌特征：裂纹呈曲折的不规则形态，裂口表面因在高温下形成而被氧化。

成因机理：

合金热脆性：合金的凝固温度区间较宽，或在晶界处形成低熔点共晶相（如Al-Si合金中富铁相的析出），显著降低了高温强度。

铸件结构设计不当：截面厚度突变，导致应力集中。

收缩受阻：型芯或模具的退让性差，在铸件凝固收缩阶段产生过大的机械阻力。

2.冷裂

过高的残余应力：由不均匀冷却引起的内应力超过了材料的抗拉强度。

外部机械撞击：在落砂、清理或搬运过程中受到外力作用。

形貌特征：裂纹呈直线或平滑曲线，裂口洁净，未被氧化。发生于铸件冷却至弹性状态后。

成因机理：

过高的残余应力：由不均匀冷却引起的内应力超过了材料的抗拉强度。

外部机械撞击：在落砂、清理或搬运过程中受到外力作用。

四、夹杂类缺陷

夹杂物破坏了基体的连续性，对性能危害极大。

1.夹渣

熔体净化不彻底：熔炼时搅拌过于剧烈增加了氧化，或精炼、静置、扒渣工序操作不当。

浇注系统挡渣功能失效：浇注过程中，熔体表面的氧化皮或熔渣被卷入型腔。

形貌特征：铸件内部或表面存在非金属夹杂物，如氧化铝、熔剂渣等。

成因机理：

熔体净化不彻底：熔炼时搅拌过于剧烈增加了氧化，或精炼、静置、扒渣工序操作不当。

浇注系统挡渣功能失效：浇注过程中，熔体表面的氧化皮或熔渣被卷入型腔。

2.硬点

富铁相析出：合金中Fe、Mn等杂质元素含量超标，形成粗大的硬脆金属间化合物（如β-Al₅FeSi）。

形貌特征：机加工后表面出现异常光亮质点，导致刀具快速磨损。

成因机理： 富铁相析出：合金中Fe、Mn等杂质元素含量超标，形成粗大的硬脆金属间化合物（如β-Al₅FeSi）。

四、结论

铝合金铸造缺陷的产生是一个多因素、系统性的问题。从根本上解决这些问题，需要建立从熔炼原材料控制、模具设计与制造，到铸造工艺参数优化及全过程质量监控的完整体系。对缺陷进行准确的形貌判定与根因分析，是实施有效纠正与预防措施的前提。