目前工业生产直径为190mm的Al-Si活塞(以下简称190型活塞),可以采用低压铸造和挤压铸造两种铸造方式,但是采用低压铸造生产的190型活塞,废品率较高,铸件出现氧化夹渣、缩孔、缩松以及气孔等铸造缺陷,大大降低了铸件的成品率。所以目前多采用挤压铸造的方式生产。用此方法铸出的活塞无缩孔、缩松及气孔等铸造缺陷,且组织致密,晶粒细化,其力学性能比低压铸造生产的铸件高,提高了此类活塞的质量和使用寿
命。抗压铸造活塞工艺早已广泛应用。
1Al-Si活塞生产工艺
江苏很多铸造厂使用的挤压铸造设备为500t油压机。具体生产工艺是:将定量(12.6+0.5)kg的铝液(温度为700～710℃)倒入金属外模中,扒渣后,油压机上缸下行,芯模对铝液进行加压,上缸压力为18～20MPa。压力到最大时开始计时,10～15s后底缸开始加压,其压力为20～22MPa,保压时间为110～130s。保压完毕后即可拆模取出活塞铸件。为了防止模温过高,当上缸压力到18～20MPa时开始通水冷却至脱模为止。
2190型活塞常见缺陷分析及解决措施
2.1铝液增铁、晶粒粗大
铝合金采用油炉熔炼,而后注入保温坩锅,从铝水注入到浇铸完毕一般需要2h左右的时间,此时铁坩锅和铝合金液由于长时间接触,铁质在高温下渗入铝液中,使铝液增铁。由于铁的存在,会降低硅在铝中的溶解度,合金中出现游离的硅,使铸件组织断面上产生豆大亮晶粒和粗状组织。这就是所谓的晶粒粗大,它严重降低了铸件的力学性能,在材质和合金熔炼都正常的情况下,如果铝液中铁含量(质量分数)超过0.7%,挤压铸造完成后就会在活塞断面上看见此类现象。为防止铝液增铁,要求严格控制炉温,使铝液温度控制在700～720℃范围内,坩锅要严格喷刷涂料,按工艺规范定期更换坩锅,同时经常分析铁含量,提高涂料的质量,提高坩锅的耐蚀耐热性。
2.2外圆氧化夹杂
铝液在高温熔炼和浇注过程中,会不断产生一次和二次氧化夹杂。这些氧化夹杂残留在铝液中,从而使活塞铸件形成外圆氧化夹杂铸造缺陷。为了防止产生此类铸造缺陷,铝合金在熔化过程中要严格控制熔炼温度,保证电炉坩锅内铝液温度为700～720℃,以利浮渣。同时除尽坩锅内、浇勺内、铝液面的氧化渣和熔剂渣以及模内残渣。另外铝液在加压前必须扒渣,扒渣时动作要快,扒渣方向由模壁向中心,然后由中心剔出残渣,扒渣和舀铝水时动作要轻,浇注时浇瓢不要对准漏斗直浇道,严防冲击,多余铝液可以倒入锭模内或靠近铝液面轻轻倒入,压制前不得有冷隔金属参与挤压铸造过程。
2.3外圆、燃烧室石墨夹渣
由于外模、芯模脱模的需要,每浇注完一个活塞后需在上面喷涂胶体石墨涂料。当模温过高或涂料粘附力下降时,涂料中的石墨就会脱落,和铝液附着在一起参与挤压铸造过程,形成石墨夹渣缺陷。这就要求在挤压铸造过程中通水冷却要及时,调配的涂料要均匀,粘附力要强,涂料不宜过厚,严防结皮、皱纹,特别是外模和底盘的涂料不能太厚,其中底盘涂料在浇注3～4个活塞后进行1次即可。同时外模、芯模的清理要干净,要刮净底盘涂料,并用强风吹净模内残渣,防止将石墨涂料带入铝液中
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