【致远科技】铝合金铸造裂纹预防措施：从源头规避废品风险

其实，铝合金铸造裂纹并非不可预防。只要掌握其产生规律，从合金成分、工艺参数到模具设计多环节控制，就能将裂纹风险降到最低。

1.先搞懂：你遇到的是哪种裂纹？

裂纹预防的第一步，是学会区分裂纹类型。不同裂纹的 “脾气” 不同，预防思路也大相径庭。

热裂纹是最常见的 “麻烦制造者”，多在合金凝固过程中出现。此时金属处于固液混合状态，晶界还未完全形成强度，一旦收缩受阻就会被 “拉裂”。这类裂纹往往曲折蜿蜒，断口没有金属光泽，像被 “掰断的饼干”，常出现在铸件拐角、壁厚突变处，还会带着疏松或氧化夹杂的痕迹。

冷裂纹则像 “潜伏者”，在铸件完全冷却到室温后才可能出现，甚至会延迟几天显现。它的成因是冷却时的热应力与组织应力叠加，超过了合金的室温强度。冷裂纹通常比较平直，断口有明显的金属光泽，多藏在铸件刚性大的厚大部位。

2.从合金源头提升抗裂 “底子”

合金本身的抗裂能力，直接决定了铸件的 “先天素质”。优化成分是最根本的预防手段。

控制杂质元素是首要任务。铅、铋、锡这些 “坏东西” 千万不能超标（通常要控制在0.01%以下），它们会在晶界形成低熔点共晶，就像在金属内部埋下 “定时炸弹”，凝固时晶界一脆化就容易开裂。

而锰、铬、钛等元素是 “好帮手”，比如在Al-Si合金中加入0.3~0.5% 的锰，能细化晶粒、提升高温强度。对Al-Cu合金来说，铜含量最好控制在4.5%以下，否则过多的CuAl₂相析出会让合金变脆。

对于应用广泛的Al-Si合金，硅含量的控制尤为关键。当硅含量在7~12%时，合金流动性好且收缩小，抗热裂性最优，比如ZL104就因这个特性成为抗裂 “优等生”；如果硅含量低于5%或高于15%，收缩率会明显上升，裂纹风险也随之增加。

同时要保证合金纯净度。熔炼时一定要做好除气除渣，用氩气或氮气精炼除气，添加六氯乙烷等精炼剂除渣，避免Al₂O₃等氧化夹杂——这些夹杂会成为裂纹的 “起点”，破坏晶界的连续性。回用旧料时也要控制比例，最好不超过50%，防止杂质和氧化皮积累超标。

3.优化铸造工艺：让金属 “顺畅凝固”

工艺参数的控制，决定了金属液能否“舒服地”凝固成型。

浇注温度和速度是关键。温度过高会延长凝固时间、加剧氧化；过低则流动性不足，补缩不良。一般来说，Al-Si合金砂铸的浇注温度控制在 700~750℃为宜；压铸因模具冷却快，可提高到680~720℃。浇注时要避免“冲击式浇注”，采用底注式或阶梯式的“平稳充型”，小件控制在5~10 秒，大件30~60秒，减少局部应力。

合理的补缩和排气设计也很重要。热裂纹常因收缩受阻产生，所以冒口体积要足够（一般为铸件体积的10~20%），且要放在 “最后凝固区域”，比如壁厚中心。模具或砂型要预留排气槽，压铸模具的排气槽深度在0.1~0.2mm即可，防止气体积压阻碍金属液流动。

模具和砂型的 “约束强度” 也要适中。砂型需要一定的“退让性”，可以通过添加膨润土提升韧性，控制型砂水分在3~5%；金属型或压铸模具的型腔表面要光滑（Ra≤1.6μm），必要时涂覆脱模剂，降低收缩时的 “粘模阻力”。

4.铸件与模具设计：减少应力集中“陷阱”

不合理的结构设计，会像“放大镜”一样放大应力，必须从设计阶段规避。

壁厚突变是裂纹的 “重灾区”。设计时要让壁厚均匀过渡，“厚→薄”的过渡段做斜坡，坡度不超过1:3；最大壁厚与最小壁厚之比控制在3:1以内，否则冷却速度差异会产生巨大应力。

铸件拐角处一定要做圆角（R≥3mm），替代直角。直角处金属液流动不畅，容易形成涡流和缩孔，而且冷却时拐角内侧很容易产生拉应力。对薄壁大件，可用加强筋增强刚性，但筋的厚度要控制在基体的1/2-2/3，与基体连接要平滑过渡，避免 “尖角连接”。

模具和砂型的温度也要“匹配”铸件。对壁厚不均的铸件，模具厚壁对应区域可设置加热棒，让模具温度比薄壁处高50~80℃，减少冷却速度差异。大型铸件的砂型要均匀预热到150~250℃，避免金属液接触冷砂型后表面急冷形成 “硬壳”，阻碍内部收缩。

5.冷却与后续处理：给应力“找出口”

即使前面环节控制得再好，铸件内部仍可能残留应力，需要通过冷却和后续处理释放。

热裂纹在凝固阶段需要“缓慢冷却”，比如砂型铸造的自然冷却，避免快速降温导致晶界脆性；冷裂纹则需要“阶梯式冷却”，从浇注温度先缓冷至300℃（每小时降温不超过100℃），再空冷至室温，减少热应力积累。

铸造后立即进行“去应力退火”效果显著。对Al-Cu、Al-Mg这类易产生冷裂纹的合金，加热到250~300℃（低于相变温度），保温2~4小时后随炉冷却，可释放50~70%的残余应力。对需要机加工的铸件，最好在粗加工后再做一次去应力处理，消除加工产生的新应力。

铝合金铸造裂纹的预防，本质上是“控制应力”与“提升抗裂性”的平衡。从合金成分的源头优化，到工艺参数的精细调控，再到结构设计的合理规避，每个环节都需兼顾。掌握这些方法，不仅能降低废品率，更能提升铸件的可靠性——毕竟，一个没有裂纹的铸件，才是真正合格的产品。

来源：铝合金熔铸研讨、南京热之梦

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