摘要：铝合金铸造是一项较为复杂且系统的过程，选择适宜的铸造技术工艺是确保铸件质量的重要前提和基础。本文在对目前常用的几种铸造技术工艺进行分析的基础上，对铸造现状和发展趋势进行讨论。
关键词：铸造铝合金；铸造工艺；工艺改进
大型整体铸件生产加工水平的提升，需要充分发挥各种工艺技术优势，为铸件使用年限延长提供可靠保障。因此，未来高强度铝合金生产过程中应给予铸造及热处理工艺足够的重视，明确工艺操作要点，强化操作人员的责任意识，实现对这些工艺的高效利用，促使我国高强度铝合金生产加工水平得以不断提升，推动工业经济的稳定发展。
1 铸造铝合金铸造工艺应用现状
铝合金是现代社会中比较常用的一种有色金属材料，其在航空航天、机械制造以及化学工业中均具有较为突出的作用。由此可见，铝合金是当前时代下，工业发展进程中十分重要的金属材料。通常情况下，铝合金是由锌、锰、铜以及镁等多种元素共同构成的，其表面会在空气相对干燥的环境下形成具有保护性质的氧化层。铝合金在发展过程中体现出的物质特性相对较多。第一，铝合金的强硬度较高，通常情况下高于钢制材料的强硬度。第二，铝合金的密度较低，因此其具有较强的可塑性，可以根据实际情况将其加工成不同型号的材料。第三，铝合金具有一定的导电性和抗腐蚀性。基于铝合金的上述特性，铝合金在工业中的使用频率仅次于钢制材料。
随着社会经济文化的不断进步与发展，科学技术随之更新，铝合金铸造技术日益成熟，并广泛应用到各行业的机械设备铸件中。近年来，城市化进程明显加快，现代工业对铝合金的使用频率显著提升，对铝合金铸件技术的要求日益提高。当前，不仅注重铝合金熔模精密铸造技术下尺寸的精确性、表面的平整性，同时也注重其内在的质量问题。在未来的发展趋势下，伴随着大型机械设备的设计复杂性，为了满足工业机械设备零件对铸造技术的要求，铝合金铸造技术也将向形状和结构更复杂的方向发展。可见，在铝合金铸造技术应用过程中，将提出对铸造工艺更高的要求。
2 铸造铝合金的关键铸造工艺
2.1 压力铸造
这种铸造方法具体是指在高压作用下，使铝合金液体以较高的速度充填型腔，并通过施加一定的压力，使铝合金液体达到凝固状态，从而获得所需的铸件。通过压力铸造生产出来的铝合金轮毂除具有良好的机械性能之外，还有这较好的致密性，表面硬度和强度也比较高，可以保证铸件的尺寸，达到表面光洁的要求。该铸造技术唯一的不足之处是，无法利用热处理工序提高轮毂的性能，因铝合金液体在充型的过程中速度较快，从而无法使型腔内的气体全部排除，未能排除的气体会以气孔的形式存在于铸件当中，由此会对铸件的质量造成影响。为解决这一问题，业内的专家学者通过研究后，开发出一种无气孔的压力铸造工艺，其中较具代表性的是充氧压力铸造法。该方法出具备传统压力铸造法的优点之外，还克服了气孔的问题，通过该方法生产出来的铝合金轮毂不但机械性能更高，而且质量更轻，此类轮毂适用于高级车辆。
2.2 低压铸造
这种铸造方法的基本原理为：将用于铸造的铝合金液体装入具有良好密闭性的坩埚当中，并使液体始终保持在浇注温度，随后将压缩空气通入到液体表面，借此来使坩埚与型腔间形成压力差，处于坩埚内的液体在该低压的作用下，会从升液管上升，经由输液通道、铸型浇口后，被压入到与坩埚相连的模具当中，这样便可获得所需的铝合金铸件。其具有纯净度高、平稳性好、成型效果好、致密性高、收得率高、生产效率高等特点。由于低压铸造技术所具备的这些优点，从而使其成为国内外很多制造企业的首选技术工艺，如日本的丰田公司、美国福特公司的Wiru厂等。这种铸造技术虽然优点较多，但在实际应用中发现，其也存在一些不足之处，如生产设备投资成本大、铸造时间长、升液管容易损坏等等。如果以上问题能够得到有效解决，必将对该铸造技术的大范围推广应用起到促进作用。
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2.3 重力加压铸造
这是传统重力铸造与压力铸造相结合的一种铸造技术，它的充型过程是在重力作用下完成，金属液体的凝固过程则是在压力的作用下完成。该铸造技术兼具传统重力铸造和压力铸造的优点，弥补铸造中的缺陷问题，在铝合金轮毂铸造中具有良好的应用前景。该铸造技术具有如下特点：浇注系统的体积较小，由此使得铝合金液体的利用率获得大幅度提升；浇注系统的结构更加简单，实践表明，通过该铸造技术工艺，可以大幅度降低因铸件夹渣而导致报废的几率，铸件的成品率显著提升；因浇注口的位置偏离模具中心，从而使得模具上的最大应力点发生改变，延长了模具的使用寿命；由于轮毂是在一定的压力下结晶凝固，使得铸件达到良好的补缩效果，轮毂的力学性能随之提高；设备的总体造价较低，可通过对传统重力铸造设备的改造来实现，原本的设备得到一定的利用，节约了成本；冷却风道的加入，使铸件的凝固顺序变为可调，防止缩孔等缺陷的发生。
2.4 铸造铝合金精炼技术
从当前铝合金铸造精炼工艺应用实际来看，主要以吸附法与非吸附法两种铝合金铸造精炼工艺技术类型为主。
（1）吸附法
吸附法是通过精炼剂的吸附氧化作用，对铝合金熔液中的氧化夹杂以及表面依附氢气进行清除，实现铝液净化，减少铝合金铸件气孔发生。比较常见的铸造铝合金吸附精炼工艺技术有浮游法和熔剂法、过滤法等，其中，浮游法中，由于氮气价格成本较低，在铝合金精炼加工中应用相对较早，但局限性作用也比较明显，比如，通过浮游法进行铝合金熔液精炼加工时，为避免大量氮化物夹杂生成，对精炼温度要求较低，导致铝液中氢的扩散运动受到影响，同时氮作为通入气体对氢的吸附限，导致铝液精炼的效果并不十分明显等，再加上氯以及氯化物等作为通入气体使用的剧毒或污染影响，使其在实际应用中局限性较为明显，导致该工艺技术进行铝液精炼有限性突出。此外，熔剂法以碱金属或者是碱土金属卤盐混合物作为熔剂，由于熔剂价格成本较低，在铝合金精炼加工中应用相对广泛，但是进行悬浮微细夹杂的去除能力有限，而过滤法进行夹杂去除效果明显，但是进行除气效果较差。
（2）非吸附法
非吸附法则是通过物理或者是化学作用实现铝液净化，其作用在整体铝液中。而非吸附精炼技术中以真空处理技术和超声波处理技术、压力结晶、直流电、钛屑处理、旋转电磁场处理、化学固氢处理等多种技术应用为主，但是上述非吸附精炼技术多数存在设备成本较高，且复杂性突出等特点，推广应用相对有限。
针对上述铝合金精炼工艺技术及其特点，国外铝合金精炼加工中根据不同的精炼工艺特点分别进行了改进和完善，以气体浮游法为例，在此技术原理上，国外先进铝合金精炼加工通过技术研究提出了旋转喷头吹气精炼技术，通过喷头旋转进行气体喷射，确保气泡细小并且速度快，并通过旋转与上浮作用进行浮游上升最终将氢气以及氰化物吸附出铝液表面，实现净化铝液的目的。此外，国外铝合金精炼技术研究中还提出了过滤除气联合处理以及 FILD、MINT、FIP、旋转喷射熔剂、LARS 等精炼技术，并且取得了较为广泛的应用，推动了铝合金铸造精炼技术的发展进步。
3 结语
铸造铝合金的铸造工艺一直在不断地发展进步之中，在应用过程中，要关注铸造工艺的现存问题，提高铸造工艺与工程的适应性。而在未来的铸造工艺发展过程中，要更加合理的对各种铸造工艺加以应用，包括压力铸造、低压铸造、重力加压铸造以及精炼铸造等，以提高铝合金的铸造质量。
参考文献：
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[3]董树成.超声熔炼铝合金晶粒细化和熔体净化工艺研究[D].吉林大学，2018.
论文作者:廖浩然
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
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