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分析影响铸铝加工过程中的性能特点有哪些?

文章出处:新闻中心 责任编辑:东莞市剑锋机械配件有限公司 发表时间:2025-07-02
  ​在铸铝加工过程中,性能特点会受到多种因素的综合影响,这些因素既包括材料本身的特性,也涉及加工工艺的各个环节。以下从材料成分、铸造工艺、热处理及后续加工等方面详细分析影响铸铝加工性能的关键因素:
铸铝加工
一、材料成分的影响
1. 合金元素种类与含量
硅(Si):
提高流动性,降低熔点(如 Al-Si 合金中硅含量达 12% 时形成共晶合金,熔点约 577℃),改善铸造性能,减少收缩和裂纹倾向。
但硅含量过高会导致铸件变脆,切削加工时易产生崩屑(如高硅铝合金需采用特殊刀具)。
铜(Cu):
提高强度和硬度(如 2A12 铝合金),但降低耐腐蚀性,且铸造时易产生热裂倾向。
镁(Mg):
显著提高合金的强度和韧性(如 5A06 铝合金),但过量会增加熔炼时的氧化和吸气倾向,影响铸件致密性。
锌(Zn):
与镁、铜等元素配合可提高强度(如 7A04 铝合金),但易产生偏析,降低加工性能。
2. 杂质元素的影响
铁(Fe):
形成针状或片状脆性相(如 FeAl₃),降低合金韧性和切削性能,通常需控制在 0.3%~0.8% 以下。
钠(Na)、锶(Sr):
作为变质剂细化硅晶体,改善力学性能(如 Al-Si 合金中添加锶可使硅颗粒从粗大针状变为细小纤维状)。
二、铸造工艺参数的影响
1. 熔炼温度
温度过高:
合金吸气量增加(如吸收氢气形成气孔),氧化加剧(产生 Al₂O₃夹渣),导致铸件疏松、力学性能下降。
温度过低:
铁液流动性差,易产生浇不足、冷隔等缺陷,且合金元素溶解不充分,影响组织均匀性。
2. 浇注速度与压力
重力铸造:
浇注速度过快易卷入空气,形成气孔;过慢则金属液提前凝固,无法填充复杂型腔。
压力铸造(压铸):
高压下金属液快速填充型腔,可获得表面光洁、尺寸精确的铸件,但易产生皮下气孔(高压下气体溶于金属液,冷却时析出)。
3. 冷却速度
快速冷却(如金属型铸造):
晶粒细化,强度和硬度提高(如 ADC12 压铸铝合金),但内应力增大,易产生变形或裂纹。
缓慢冷却(如砂型铸造):
晶粒粗大,力学性能降低,但铸造应力小,适合结构复杂的零件。
三、组织结构的影响
1. 晶粒尺寸与均匀性
细小均匀的晶粒可提高合金的强度和塑性(如通过添加钛、硼等元素细化晶粒);粗大晶粒则导致性能下降,且切削加工时表面粗糙度差。
2. 第二相分布
强化相(如 Al₂Cu、Mg₂Si)均匀弥散分布时,可通过时效强化提高强度(如 6061 铝合金经 T6 热处理后);若第二相聚集或形成网状结构,则会降低韧性。
四、热处理工艺的影响
1. 退火处理
消除铸造应力,软化组织,改善切削加工性(如铸铝件退火后硬度降低,刀具磨损减少),但强度会有所下降。
2. 时效处理
自然时效(室温放置):缓慢提高强度和硬度(如 2A11 铝合金),但需数天至数周,效率低。
人工时效(加热处理):快速强化合金(如 6063 铝合金经 175℃×5h 时效后,抗拉强度从 130MPa 提升至 210MPa),但过度时效会导致 “过时效”,性能下降。
3. 固溶处理
将合金加热至单相区保温,使第二相充分溶解,随后快速淬火,获得过饱和固溶体,为后续时效强化奠定基础(如 7075 铝合金固溶后强度显著提升)。
五、后续加工与应用场景的影响
1. 切削加工性
高硅铝合金(如 Si 含量 > 12%)因硅颗粒硬脆,易磨损刀具,需采用陶瓷或金刚石刀具;低硅铝合金(如 3003)切削性能较好,可高速切削。
2. 表面处理适应性
铸铝件表面可能存在气孔、氧化皮,影响电镀、阳极氧化等表面处理效果,需先进行喷砂、抛光等预处理。
3. 使用环境
耐腐蚀性:含镁、硅的合金(如 5 系、6 系)在潮湿环境中耐蚀性优于含铜合金(2 系),但压铸铝合金因气孔残留,耐蚀性较差。
高温性能:含铜、镍的合金(如 2A12)在 150℃以上强度下降明显,而 Al-Si 系合金耐热性更好。

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