【實用技巧】壓鑄缺陷系列－裂紋
2025-11-13
鑄件上的裂紋肉眼可見，這是由外部機械力造成的。透過分析鑄件的結構形狀和缺陷外觀，可以確定這些裂縫並非由鑄造應力引起。
一、缺陷特徵
當合金基體在 壓鑄件 鑄件受損或斷裂，形成細小的絲狀縫隙，這種現象稱為裂痕。這些裂紋會深入鑄件內部，可以是貫穿裂紋，也可以是非貫穿裂紋，並且往往會不斷擴展。
鑄件表面存在肉眼可見的宏觀裂紋、需要低倍放大鏡才能觀察到的微觀裂紋，以及只能在顯微鏡下觀察到的晶間微觀裂紋。裂痕不僅出現在鑄件表面，也出現在鑄件內部。
裂縫可分為兩種：冷裂縫和熱裂縫。它們的主要區別在於：
冷裂紋是指鑄件因應力或外力作用而產生的裂紋。在冷裂紋鑄件中，裂紋開口處的金屬未發生氧化；裂紋仍保持基體金屬的顏色，光亮且能穿透晶粒。裂紋形狀相對筆直且較長。
熱裂紋是由金屬凝固收縮的熱脆性和收縮應力引起的。鑄件裂紋開口處的金屬發生氧化，裂紋顏色變深變暗。收縮裂紋通常沿著晶粒界面延伸，細長，由許多彎曲的短裂紋拼接而成。
當鑄件在鹼性溶液中腐蝕時，鑄件表面的裂縫區域會變成深灰色，表示金屬基體已被破壞。裂紋可以是直線狀的（冷裂紋），也可以是波浪狀的（熱裂紋，由短而細的曲線連接而成）。裂紋細小且呈長條狀，通常在外力作用下產生。裂紋不允許存在於鑄件表面。 壓鑄件。
鑄件內部裂縫可能出現在壁厚較厚的區域和熱點處。裂縫可能出現在壓鑄件的外觀、宏觀組織和微觀組織中，並可能成為斷裂源。對於薄壁零件，特別是鎂合金壓鑄件，開裂是最常見的問題之一。裂縫形成的原因包括：冷卻收縮引起的裂縫；壁厚過厚導致的過度收縮；冷硬層的熔化和開裂；熔合線處的裂縫；倒扣或過小的拔模斜度；以及開模過程中的撕裂。
二、原因
裂縫主要發生在鑄件在模具中被拉開時，由於開模過程中的機械應力，或鑄件被頂出或清理毛邊時。
（1）收縮裂紋：裂紋外觀呈現明顯的樹枝狀結構，屬於熱裂紋。合金本身俱有收縮率大、液固相變溫度範圍寬、共晶含量低，或在液固相變溫度範圍內強度和韌性較差等特性。當合金在高溫下快速冷卻時，受到其他部分傳遞的收縮應力，會發生斷裂並產生裂縫。
（2）合金選擇不當或有害雜質過多會降低合金的塑性。
（3）鋁合金化學成分偏差：①鋁矽合金中矽偏析過高，矽含量應小於17%；②鋁合金中鐵、鈉含量過高，矽含量過低；③鋁矽合金和鋁矽銅合金中鋅或銅含量過高；④鋁鎂合金中鎂含量過高，或鎂含量在3.5%至5.5%之間；⑤鋁銅合金和鋁鎂合金中矽含量過低；⑥合金中混入低熔點合金。
（4）合金熔化和鑄造溫度過高會導致偏析。保溫時間過長會導致晶粒粗大和氧化物夾雜物過多。
（5）模具整體或部分（尤其是型芯）的溫度過低（導致冷裂）或過高（導致熱裂）。
（6）進料口位置不當可能導致型腔壁或型芯被沖走，造成模具局部過熱或阻礙熔融合金的收縮。
（7）鑄件的形狀和結構不合理，例如鑄件壁厚變化劇烈，收縮量大，收縮受阻，熱點處出現裂紋；鑄件圓角太小，尖角處出現應力集中，導致裂紋；圓形或框架結構中的直線加強筋因收縮而導致裂紋等。
（8）鑄造組織存在較大的熱點，合金液體收縮嚴重。
（9）開模和拔芯時間過長，收縮受阻，應力增大。
（10）金屬基體填充不良和未熔合導致凝固後強度不足，尤其是在遠離澆口的區域，更容易發生冷閉現象。
（11）鑄件裂紋是由操作、開模和頂出等機械力引起的。抽芯和頂出位置及數量設定不均勻會導致受力不均和變形。液壓頂出產生的頂桿長度不一致。
（12）型芯彎曲，模具成型面沿脫模方向有凹陷和加工痕跡，成型件本身傾斜，存在阻礙鑄件脫模的後坡，脫模時鑄件撕裂。
（13）壓鑄件裂紋是由於金屬被泵入模腔時模具和型芯回縮所造成的。
（14）裂縫是由動模和定模錯位引起的。當模具打開分離時，動模會向下移動，定模模芯會在鑄件孔的上半部留下拉扯或刮痕。同樣，模具分型面上的導柱在模具閉合時也會向上抬高動模。在這種情況下，通常需要重新安裝模具。
（15）射出填充後，在加壓瞬間，因鎖模力不足、鎖模機構不良、模具滑塊配合不良、模具強度不足等原因，滑塊在壓力下移動，產生裂痕。
（16）使用切割模具切割邊緣和去毛邊時會產生裂痕。
三、因應措施
裂縫經常出現在長圓柱體的根部、懸臂梁部分的根部、收縮受阻的大平面零件的邊緣以及熱溫度高於目標溫度的零件上。
（1）主要裂縫位於澆口附近。改善模具澆口處的冷卻水；減少澆口厚度，增加澆口修邊殘留物，修復修剪模具並清除切割刃。
（2）選擇或改良收縮率低、液固相溫度範圍窄、結晶過程中共晶含量高或高溫強度高的合金類型。
（3）嚴格控制有害雜質，正確控制合金成分，使其達到規定範圍：①鋁合金中的鐵含量不宜過高，矽含量不宜過低；②降低鋁矽合金和鋁銅合金中的鋅、銅和鐵含量；③在低矽鋁合金中添加鋁矽合金，以提高矽含量並減少合金的收縮；④鎂合金鑄件裂紋：如果鎂合金中鋁、矽和鐵含量過高，則向合金中添加純鎂以降低鋁含量（防止冷裂紋）或過低（防止熱裂紋）；控制黃銅合金中的鐵含量；⑤熔點金屬的嚴格控制低熔點金屬含量。
（4）減少合金的凝固範圍、延長等溫凝固時間、細化晶粒、確保鑄件整體凝固均勻，均可減少熱裂紋的產生。澆注溫度不宜過高，以減少合金的收縮。
（5）減少模具停留時間可以降低鑄件對模具的夾緊力。
（6）降低模具表面溫度以消除熱裂紋應力；反之，提高模具和型芯的溫度以減少收縮和收縮應力，減慢合金液體的冷卻速度，消除冷裂紋應力。
（7）加熱模具裂縫周圍溫度較低的區域，特別是表面積較大的區域。
（8）在因收縮而產生裂縫的區域，透過增加凝固過程中的壓力來改善收縮孔隙的製程措施也適用於裂縫。
（9）鑄件內部裂縫是由高溫收縮引起的。可透過降低澆注溫度、降低模具溫度、提高充型速度和增加澆注壓力，以及及時補充壓力或局部擠壓來消除。
（10）改善澆口的位置和方向，避免合金液體沖刷型腔壁和型芯，阻礙鑄件收縮並導致裂縫。
（11）改進 鑄造結構 使壁厚均勻；最大程度地增大鑄造半徑。
（12）由於頂出過程中產生的裂紋，模具或型芯可能出現黏連現象，需要對模具結構進行修改。觀察頂出過程的平穩性，調整拉芯機構和推桿，確保頂出力均勻，確保鑄件平行向前移動，不傾斜，並均勻頂出。推桿必須具有足夠的強度，以防止彈性彎曲。鑄件的頂出時間必須合適，頂出過程應緩慢且平穩。
（13）動芯與動芯之間不應有縫隙。拉動動芯時，動芯應沿軸向平行移動，不得傾斜。