锌合金

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恩亿厂家讲述锌合金锭压铸件起泡缺陷分析

锌合金锭压铸件目前广泛应用于各种装饰方面,如家具配件、建筑装饰、浴室配件、灯饰零件、玩具、领带夹、皮带扣、各种金属饰扣等,锌合金锭因而对铸件表面质量要求高,并要求有良好的表面处理性能。而锌合金压铸件最常见的缺陷是表面起泡。
 
缺陷表征:压铸件表面有突起小泡。
压铸出来就发现。
抛光或加工后显露出来。
喷油或电镀后出现。
产生原因:
1.孔洞引起:主要是气孔和收缩机制,气孔往往是圆形,而收缩多数是不规则形。
 
(1)气孔产生原因:
 
a 金属液在充型、凝固过程中,由于气体侵入,导致铸件表面或内部产生孔洞。
 
b 涂料挥发出来的气体侵入。
 
c 锌合金锭液含气量过高,凝固时析出。
 
当型腔中的气体、涂料挥发出的气体、合金凝固析出的气体,在模具排气不良时,最终留在铸件中形成的气孔。
 
(2)缩孔产生原因:
 
a 金属液凝固过程中,由于体积缩小或最后凝固部位得不到金属液补缩,而产生缩孔。
 
b 厚薄不均的铸件或铸件局部过热,造成某一部位凝固慢,体积收缩时表面形成凹位。
 
由于气孔和缩孔的存在,使压铸件在进行表面处理时,孔洞可能会进入水,锌合金锭当喷漆和电镀后进行烘烤时,孔洞内气体受热膨胀;或孔洞内水会变蒸气,体积膨胀,因而导致铸件表面起泡。
 
2.晶间腐蚀引起:
 
锌合金成分中有害杂质:铅、镉、锡会聚集在晶粒交界处导致晶间腐蚀,锌合金锭金属基体因晶间腐蚀而破碎,而电镀加速了这一祸害,受晶间腐蚀的部位会膨胀而将镀层顶起,造成铸件表面起泡。特别是在潮湿环境下晶间腐蚀会使铸件变形、开裂、甚至破碎。(如右图1)
 
3.裂纹引起:水纹、冷隔纹、热裂纹。
 
水纹、冷隔纹:金属液在充型过程中,先进入的金属液接触型壁过早凝固,锌合金锭后进入金属液不能和已凝固金属层熔合为一体,在铸件表面对接处形成叠纹,出现条状缺陷,见图2。水纹一般是在铸件表面浅层;而冷隔纹有可能渗入到铸件内部。
 
热裂纹:
 
1、当铸件厚薄不均,凝固过程产生应力;
 
2、过早顶出,金属强度不够;
 
3、顶出时受力不均
 
4、过高的模温使晶粒粗大;
 
5、有害杂质存在。
 
以上因素都有可能产生裂纹。
 
当压铸件存在水纹、冷隔纹、热裂纹,锌合金锭电镀时溶液会渗入到裂纹中,在烘烤时转化为蒸气,气压顶起电镀层形成起泡。
 
解决缺陷方案: 
a、控制气孔产生,关键是减少混入铸件内的气体量,锌合金锭理想的金属流应不断加速地由喷嘴经过分流锥和浇道进入型腔,形成一条顺滑及方向一致的金属流,采用锥形流道 设计,即浇流应不断加速地由喷嘴向内浇口逐渐减少,可达到这个目的。在充填系统中,混入的气体是由于湍流与金属液相混合而形成气孔,从金属液由浇铸系统进 入型腔的模拟压铸过程的研究中,明显看出浇道中尖锐的转变位和递增的浇道截面积,都会使金属液流出现湍流而卷气,平稳的金属液才有利于气体从浇道和型腔进 入溢流槽和排气槽,排出模外。
 
b、对于缩孔:要使压铸凝固过程中各个部位尽量同时均匀散热,同时凝固。可通过合理的水口设计,内浇口厚度及位置,模具设计,模温控制及冷却,来避免缩孔产生。
 
c、对于晶间腐蚀现象:主要是控制合金原料中有害杂质含量,特别是铅<0.003%。注意废料带来的杂质元素。
 
d、对于水纹、冷隔纹,可提高模具温度,加大内浇口速度,或在冷隔区加大溢流槽,来减少冷隔纹的出现。
 
e、对于热裂纹:压铸件厚薄不要急剧变化以减少应力产生;相关的压铸工艺参数作调整;降低模温。
 
实例分析:
案例一:旋钮
 
现象:镀铬后表面有明显的起泡
 
化学分析:发现有害元素铅含量为0.016%,超过标准3倍(0.004%)。极易造成压铸件晶间腐蚀。
 
金相分析:起泡处电镀层与金属基体脱离,电镀层起泡的位置有明显的水纹(在显微状态下呈裂纹状)。
 
 
 
缺陷产生分析原因:
 
1. 铅含量过高,使金属颗粒之间的边界层内发生腐蚀而破碎,电镀时受晶间腐蚀部位膨胀而将镀层顶起来。
 
2. 铸件表面有水纹、冷隔纹,电镀溶液渗入裂纹中,在烘干时转化为蒸气,造成顶起镀层而形成气泡。
 
解决办法:
 
1. 提高合金化学成份,特别是有害杂质铅。熔炼操作时防止废料把杂质带入。
 
2. 提高模具温度和加大浇口速度可以减少水纹产生。
 
案例二:同样的零件,同样的缺陷,却有不同的产生原因。
 
1.化学分析:含铅量为0.016%有害杂质铅超出标准。
 
金相分析:出现晶间腐蚀
 
结论:晶间腐蚀导致起泡
 
2.化学分析:含铅量0.004%,合金成分符合要求
金相分析:铸件表面出现冷隔裂纹
结论:冷隔裂纹导致起泡
 
案例三:浴室配件(支架座)
 
现象:铸件表面胀起,带有微裂纹
 
化学分析:合金成份符合要求
 
金相分析:发现大量气孔
 
缺陷原因:a. 过早开模顶出铸件; b.顶出时模温可能过高
 
由于铸件内部存在大量气泡,当金属凝固时间不够,强度未建立起来,而过早开模顶出铸件,受压气泡膨胀起来而使铸件表面凸起,并产生热裂纹。
 
解决办法:压铸过程工艺参数调整,留模时间长一些;降低缺陷区域模具温度。
 
压铸浅析
 
2007-06-07 10:04
 
1 概述  
 
压力铸造(简称压铸)的实质是在高压作用下,使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔,并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。
 
1.1 压铸特点     
 
压和高速充填压铸型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几千至几万kPa,甚至高达2×105kPa。充填速度约在10~50m/s,有些时候甚至可 达100m/s以上。充填时间很短,一般在0.01~0.2s范围内。与其它铸造方法相比,压铸有以下三方面优点:
 
1. 产品质量好
 
铸件尺寸精度高,一般相当于6~7级,甚至可达4级;表面光洁度好,一般相当于5~8级;强度和硬度较高,强度一般比砂型铸造提高25~30%,但延伸率 降低约70%;尺寸稳定,互换性好;可压铸薄壁复杂的铸件。例如,当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm;铝合金铸件可达0.5mm;最小铸出孔径为 0.7mm;最小螺距为0.75mm。    
 
2.生产效率高
 
机器生产率高,例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600~700次,小型热室压铸机平均每八小时可压铸3000~7000次;压铸型寿命长,一付压铸型,压铸钟合金,寿命可达几十万次,甚至上百万次;易实现机械化和自动化。     
 
3.经济效果优良
 
由于压铸件尺寸精确,表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用,或加工量很小,锌合金锭所以既提高了金属利用率,又减少了大量的加工设备和工时;铸件价格便易;可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。     
 
压铸虽然有许多优点,但也有一些缺点,尚待解决。如: 1. 压铸时由于液态金属充填型腔速度高,流态不稳定,故采用一般压铸法,铸件易产生气孔,不 能进行热处理;2. 对内凹复杂的铸件,压铸较为困难; 3) 高熔点合金(如铜,黑色金属),压铸型寿命较低; 4) 不宜小批量生产,其主要原因是压铸型制造成本高,压铸机生产效率高,小批量生产不经济。
 
1.2 压铸应用范围及发展趋势    

压铸是最先进的金属成型方法之一,是实现少切屑,无切屑的有效途径,应用很广,发展很快。目前压铸合金不再局限于有色金属的锌、铝、鎂和铜,而且也逐渐扩 大用来压铸铸铁和铸钢件。压铸件的尺寸和重量,取决于压铸机的功率。由于压铸机的功率不断增大,铸件形尺寸可以从几毫米到1~2m;重量可以从几克到数十 公斤。国外可压铸直径为2m,重量为50kg的铝铸件。压铸件也不再局限于汽车工业和仪表工业,逐步扩大到其它各个工业部门,如农业机械、机床工业、电子 工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等几十个行业。在压铸技术方面又出现了真空压铸、加氧压铸、精速密压铸以及可溶型芯的应用等新 工艺。
 
2 压铸机
 
2.1 压铸机的类型    
 
压铸机一般分为热压室压铸机和冷压室压铸机两大类。冷压室压铸机按其压室结构和布置方式分为卧式压铸机和立式压铸机(包括全立式压铸机)两种。    
 
热压室压铸机(简称热空压铸机)压室浸在保温溶化坩埚的液态金属中,压射部件不直接与机座连接,而是装在坩埚上面。这种压铸机的优点是生产工序简单,效率 高;金属消耗少,工艺稳定。但压室,压射冲头长期浸在液体金属中,影响使用寿命。并易增加合金的含铁量。热压室压铸机目前大多用于压铸锌合金等低熔点合金 铸件,但也有用于压铸小型铝、镁合金压铸件。     
 
冷室压铸机的压室与保温炉是分开的。压铸时,从保温炉中取出液体金属浇入压室后进行压铸。
 
2.2 压铸机的选择     
 
实际生产中并不是每台压铸机都能满足压铸各种产品的需要,而必须根据具体情况进行选用,一般应从下述两方面进行考虑:
 
1)按不同品种及批量选择
 
在组织多品种,小批量生产时,一般要选用液压系统简单,适应性强,能快速进行调整的压铸机,在组织少品种大量生产时,要选用配备各种机械化和自动化控制机构的高效率压铸机;对单一品种大量生产的铸件可选用专用压铸机。
 
2)按铸件结构及工艺参数选择
 
铸件外形寸尺,重量、壁厚等参数对选用压铸机有重要影响。铸件重量(包括浇注系统和溢流槽)不应超过压铸机压定的额定容量,但也能过小,以免造成压铸机功 串的浪费。一般压铸机的额定容量可查说明书。压铸机都有一定的最大和最小型距离,所以压型厚度和铸件高度要有一定限度,如果压铸型厚度或铸件高度太大就可 能取不出铸件。
 
3 压铸工艺
 
在压铸生产中,压铸机、压铸合金和压铸型是三大要素。压铸工艺则是将三大要素作有权的组合并加以运用的过程。使各种工艺参数满足压铸生产的需要。
 
3.1 压力和速度的选择
 
压射比压的选择,应根据不同合金和铸件结构特性确定,表1是经验数据。
 
表1 常用压铸合金的比压   (kPa)
 
合 金
铸件壁厚<3mm
铸件壁厚>3mm
 
结构简单
结构复杂
结构简单
结构复杂
 
锌合金
30000
40000
50000
60000
 
铝合金
30000
35000
45000
60000
 
铝镁合金
30000
40000
50000
65000
 
镁合金
30000
40000
50000
60000
 
铜合金
50000
70000
80000
90000
  
 
对充填速度的选择,一般对于厚壁或内部质量要求较高的铸件,应选择较低的充填速度和高的增压压力;对于薄壁或表面质量要求高的铸件以及复杂的铸件,应选择较高的比历和高的充填速度。
 
3.2 浇注温度
 
浇注温度是指从压定进入型腔时液态金属的平均温度,由于对压室内的液态金属温度测量不方便,一般用保温炉内的温度表示。浇注温度过高,收缩大,使铸件容易 产生裂纹、晶粒粒大、还能造成粘型;浇注源度过低,易产生冷隔、表面花纹和浇不足等缺陷。因此浇注温度应与压力、压铸型温度及充填速度同时考虑。
 
3.3 压铸型的温度
 
铸压型在使用前要预热到一定温度,一般多用煤气、喷灯、电器或感应加热。在连续生产中,压铸型温度往往升高,尤其是压铸高熔点合金,升高很快。温度过高除 使液态金属产生粘型外,铸件冷却缓慢,使晶粒粗大。因此在压铸型温度过高时,应采期冷却措施。通常用压缩空气、水或化学介质进行冷却。
 
3.4 充填、持压和开型时间
 
1)充填时间
 
自液态金属开始进入型腔起到充满型腔止,所需的时间称为充填时间。充填时间长短取决于铸件的体积的大小和复杂程度。锌合金锭对大而简单的铸件,充填时间要相对长 些,对复杂和薄壁铸件充填时间要短些。充填时间与内浇口的截面积大小或内浇口的宽度和厚度有密切关系,必须正确确定。 
 
2)持压和开型时间
 
从液态金属充填型腔到内浇口完全凝固时,继续在压射冲头作用下的持续时间,称为持压时间。持压时间的长短取决于铸件的材质和壁厚。
 
持压后应开型取出铸件。从压射终了到压铸打开的时间,称为开型时间,开型时间应控制准确。开型时间过短,由于合金强度尚低,可能在铸件顶出和自压铸型落下 时引起变形;但开型时间太长,则铸件温度过低,收缩大,对抽芯和顶出铸件的阻力亦大。一般开型时间按铸件壁厚1毫米需3秒钟计算,然后经试任调整。
 
3.5 压铸用涂料 
 
压铸过程中,为了避免铸件与压铸型焊合,减少铸件顶出的摩擦阻力和避免压铸型过分受热而采用涂料。对涂料的要求:
 
1)在高温时,具有良好的润滑性;
 
2)挥发点低,在100~150℃时,稀释剂能很快挥发;
 
3)对压铸型及压铸件没有腐蚀作用;
 
4)性能稳定在空气中稀释剂不应挥发过决而变稠;
 
5)在高温时不会析出有害气体;
 
6)不会在压铸型腔表面产生积垢。
 
表2 为所常用的压铸涂料
 
表2 压铸用涂料及配制方法
 
序号
原材料名称
配比(%)
配制方法
适用范围
 
1
胶体石墨    (油剂)
   
成   油
1.用于铝合金对防粘型效果 2.压射冲头,压室和易咬合部分
 
2
天然蜂蜡
   
块状或保持在温度不 高于85 oC的熔融状态
用于锌合金的成型表面要求光洁的部分
 
3
氧化钠水
3-5 97-95
将水加热至70-80 oC 再加氧化钠,搅拌均匀
用于由于合金冲刷易产生粘型部位
 
4
石墨机油
5-10 95-90
将石磨研磨过筛(200 o) 加入40 ℃左右的机油电搅拌均匀
1.用于铝合金 2.压射冲头,压室部分效果良好
 
5
锭子油
30o 50o
成   品
用于锌合金作润滑
  
 
3.6 铸件清理     
 
铸件的清理是很繁重的工作,其工作量往往是压铸工作量的10~15倍。因此随压铸机生产率的提高,产量的增加,铸件清理工作实现机械化和自动化是非常重要的。     
 
1)切除浇口及飞边
 
切除浇口和飞边所用的设备主要是冲床,液压机和摩擦压力机,在大量生产件下,可根据铸件结构和形状设计专用模具,在冲床上一次完成清理任务。     
 
2)表面清理及抛光
 
表面清理多采用普通多角滚筒和震动埋入式清理装置。对批量不大的简单小件,可用多角清理滚筒,对表面要求高的装饰品,可用布制或皮革的抛光轮抛光。对大量生产的铸件可采用螺壳式震动清理机。     
 
清理后的铸件按照使用要求,还可进行表面处理和浸渍,以增加光泽,防止腐蚀
 
 

压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造,是目前生产效率最高的铸造工艺。压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两类。热室压铸机自动化程度高,材料损耗少,生 产效率比冷室压铸机更高,但受机件耐热能力的制约,目前还只能用于锌合金、镁合金等低熔点材料的铸件生产。当今广泛使用的铝合金压铸件,由于熔点较高,只 能在冷室压铸机上生产。
 
压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填型腔,并在高压下成形、凝固,压铸件的不 足之处是:因为金属液在高压、高速下充填型腔的过程中,不可避免地把型腔中的空气夹裹在铸件内部,形成皮下气孔,所以铝合金压铸件不宜热处理,锌合金压铸 件不宜表面喷塑(但可喷漆)。否则,铸件内部气孔在作上述处理加热时,将遇热膨胀而致使铸件变形或鼓泡。此外,压铸件的机械切削加工余量也应取得小一些, 一般在0.5mm左右,既可减轻铸件重量、减少切削加工量以降低成本,又可避免穿透表面致密层,露出皮下气孔,造成工件报废。
 
热室压铸机与冷室压铸机区别?
 
压铸机一般分为热压室压铸机和冷压室压铸机两大类。冷压室压铸机按其压室结构和布置方式分为卧式压铸机和立式压铸机(包括全立式压铸机)两种。
 
热压室压铸机(简称热空压铸机)压室浸在保温溶化坩埚的液态金属中,压射部件不直接 与机座连接,而是装在坩埚上面。这种压铸机的优点是生产工序简单,效率高;金属消耗少,工艺稳定。但压室,压射冲头长期浸在液体金属中,影响使用寿命。并 易增加合金的含铁量。热压室压铸机目前大多用于压铸锌合金等低熔点合金铸件,但也有用于压铸小型铝、镁合金压铸件。
 
冷室压铸机的压室与保温炉是分开的。压铸时,从保温炉中取出液体金属浇入压室后进行压铸
 
随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展,工业产品的外形在满足性能要求的同 时,变得越来越复杂,锌合金锭而这些产品的制造商不开模具,这就要求模具制造行业以最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。为了达到上述要求,模具企业只 有运用先进的管理手段和集成制造技术,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。那么在压铸生产时,难免会遇到这样那样的问题。下面着重2点知识加以说明。
 
⒈为什么铝压铸的孔内加工余量不能超过0.25mm?
 
为了适合压铸,人类在压铸用的铝合金内加了很多矽(SI)。铝合金在模具内凝结时, 这些矽,会浮到表面上,形成了一层薄薄的矽膜。这层矽膜,硬度非常硬,非常耐磨。有些OEM的设计师,就利用这个特性。将压铸件的孔内表面直接计为轴承 面。这个矽表面层,一般只有0.2到0.9mm。加工太多,这个轴承面的寿命就会缩短。
 
⒉为什么铝压铸件,在磨光时候,会有黑斑?
 
这个原因,有几种。有可能是氧化矽,或氧化铝的形成。解决的方法很简单,使用新鲜的 铝锭。但是,最大的可能性是来自於脱模剂。可能是,我们喷太多脱模剂。也有可能是,脱模剂的有机物含量过高。这些有机物在热熔铝的温度下,有些被还原成碳 元素,有些变成有机大分子聚合物。这些碳分子和聚合物的混合,在铝铸件形成时,被包含在表层,成为我们看到的黑斑。我们可以从减少喷涂剂的浓度,改用另外 一种喷涂剂,或者,加长喷涂之后的吹风时间。以减少碳元素的行成和防大分子聚合物的堆积