壓鑄合金的性能要求

第2章壓鑄合金（時(shí)間：1次課，2學(xué)時(shí)）第2章壓鑄合金

壓鑄合金、壓鑄模、壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)的三要素。要獲得優(yōu)質(zhì)的壓鑄件除了要求壓鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性合理，壓鑄模設(shè)計(jì)合理、制造精確，壓鑄機(jī)性能優(yōu)良之外，還要有壓鑄工藝性良好的合金。第2章壓鑄合金2.1壓鑄合金性能要求2.2壓鑄合金2.1壓鑄合金性能要求并非任何性能的合金都能用來生產(chǎn)壓鑄件，用于壓鑄生產(chǎn)的合金其性能有兩方面的要求，一是在壓鑄件成型時(shí)有良好的成型工藝性，二是成型后的壓鑄件能滿足產(chǎn)品的使用要求。合金的成型工藝性能是指合金的鑄造成型工藝性、切削加工性、焊接性能、電鍍性能、熱處理性能等。合金的使用性能包括合金的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。因此，用于壓鑄生產(chǎn)的合金應(yīng)具有以下性能：(1) 結(jié)晶溫度范圍小，以防止壓鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。(2) 具有良好的流動(dòng)性，有利于成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面質(zhì)量好的壓鑄件。(3) 線收縮率小，可降低鑄件產(chǎn)生熱裂的傾向并且易于獲得尺寸精度較高的鑄件。(4) 高溫時(shí)有足夠的熱強(qiáng)度和可塑性，高溫脆性和熱裂傾向小，防止推出鑄件時(shí)產(chǎn)生變形和開裂。(5) 在常溫下有較高的強(qiáng)度，以適應(yīng)大型薄壁復(fù)雜壓鑄件的使用要求。(6) 具有良好的加工性能和一定的抗蝕性能。(7) 成型過程中與型壁產(chǎn)生物理-化學(xué)反應(yīng)的傾向小，防止黏模及相互合金化以延長模具壽命。在滿足使用性能的前提下，選用壓鑄合金時(shí)盡可能考慮工藝性能優(yōu)良的合金。目前得到廣泛應(yīng)用的壓鑄合金是有色金屬。黑色金屬由于熔點(diǎn)太高，致使壓鑄模的使用壽命極低，因此，極少采用壓鑄生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)黑色金屬鑄件。通常有色壓鑄合金分高熔點(diǎn)壓鑄合金和低熔點(diǎn)壓鑄合金兩大類。前者有鋁合金、鎂合金和銅合金，后者有鉛合金、錫合金和鋅合金。

2.2壓鑄合金2.2.1鉛合金和錫合金2.2.2鋅合金2.2.3鋁合金2.2.4鎂合金2.2.5銅合金2.2壓鑄合金常用的壓鑄合金有鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金。鉛、錫合金僅用于少數(shù)場合。2.2.1鉛合金和錫合金鉛合金和錫合金是壓鑄生產(chǎn)中最早使用的合金，用來制造印刷用鉛字。這類合金的特點(diǎn)是比重大、熔點(diǎn)低，鑄造和加工性能好，但力學(xué)性能不高。適用于力學(xué)性能要求不高的各種復(fù)雜的小零件，目前很少使用。2.2.2鋅合金在壓鑄發(fā)展史中，壓鑄鋅合金曾占有相當(dāng)重要的地位。鋅合金的特點(diǎn)是：熔點(diǎn)低，熔煉、保溫均比較容易；對模具熱損害小，模具壽命長；鑄造工藝性好，可壓鑄結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁鑄件；與鐵的親合力小，不粘模。鋅合金在常溫下有良好的力學(xué)性能，加工性、焊接性、電鍍性均良好。由于鋅合金的比重大，因此航空、電子、儀表等工業(yè)部門的產(chǎn)品中很少用鋅合金壓鑄件。它抗蝕性能差，容易產(chǎn)生晶間腐蝕，導(dǎo)致發(fā)生強(qiáng)度和尺寸變化，嚴(yán)重時(shí)鑄件會(huì)完全碎裂，也就是出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。壓鑄鋅合金的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途見表2.1。2.2.2鋅合金2.2.3鋁合金壓鑄鋁合金的使用性能和工藝性能都優(yōu)于其他壓鑄合金，而且來源豐富，所以在各國的壓鑄生產(chǎn)中都占據(jù)極重要的地位，其用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他壓鑄合金。鋁合金的特點(diǎn)是：比重小、強(qiáng)度高；鑄造性能和切削性能好；耐蝕性、耐磨性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好。鋁和氧的親和力很強(qiáng)，表面生成一層與鋁結(jié)合得很牢固的氧化膜，致密而堅(jiān)固，保護(hù)下面的鋁不被繼續(xù)氧化。鋁硅系合金在雜質(zhì)鐵含量較低的情況下，粘模傾向嚴(yán)重。鋁合金體收縮值大，易在最后凝固處形成大的集中縮孔。用于壓鑄生產(chǎn)的鋁合金主要是鋁硅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金三種。純鋁鑄造性能差，壓鑄過程易粘模，但因它的導(dǎo)電性好，所以在生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)使用。鋁合金中主要合金元素及雜質(zhì)對其性能影響如下：(1) 硅。硅是大多數(shù)鋁合金的主要元素。它能改善合金在高溫時(shí)的流動(dòng)性，提高合金抗拉強(qiáng)度，但使塑性下降。硅與鋁能生成固熔體，它在鋁中的溶解度隨溫度升高而增加，溫度577℃時(shí)溶解度為1.65%，而室溫時(shí)僅為0.2%。在硅含量增加到11.6%時(shí)，硅與其在鋁中的固溶體形成共晶體，提高了合金高溫流動(dòng)性，收縮率減小，無熱裂傾向。二元系鋁硅合金耐蝕性高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好、比重和膨脹系數(shù)小。硅能提高鋁鋅系合金的抗蝕性能。當(dāng)合金中硅含量超過共晶成分，而銅、鐵等雜質(zhì)又較多時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生游離硅，硅含量越高，產(chǎn)生的游離硅就越多。游離硅的硬度很高，由它們所組成的質(zhì)點(diǎn)的硬度也很高，加工時(shí)刀具磨損厲害，給切削加工帶來很大的困難。此外，高硅鋁合金對鑄鐵坩鍋熔蝕嚴(yán)重。硅在鋁合金中通常以粗針狀組織存在，降低合金的力學(xué)性能，為此需要進(jìn)行變質(zhì)處理。(2) 銅。銅和鋁組成固溶體，當(dāng)溫度為548℃時(shí)，銅在鋁中的溶解度為5.65%，室溫時(shí)降至0.1%左右。銅含量的增加可提高合金的流動(dòng)性、抗拉強(qiáng)度和硬度，但降低了耐蝕性和塑性，熱裂傾向增大。壓鑄通常不用鋁銅合金，而用鋁硅銅合金。鋁鋁合合金金在高高硅硅鋁鋁合合金金中中，，銅銅含含量量以以0.8%為為界界限限。。當(dāng)當(dāng)含含量量低低于于0.8%時(shí)時(shí)，，能能提提高高合合金金的的強(qiáng)強(qiáng)度度和和硬硬度度以以及及彈彈性性極極限限；；當(dāng)當(dāng)含含量量超超過過0.8%時(shí)時(shí)則則起起著著相相反反的的作作用用。。含含硅硅量量7%以以下下的的鋁鋁硅硅合合金金中中加加入入1%～～2%的的銅銅可可提提高高鑄鑄件件的的表表面面光光潔潔度度。。(3)鎂鎂。。在在共共晶晶溫溫度度(449℃℃)下下鎂鎂在在鋁鋁中中的的溶溶解解度度可可達(dá)達(dá)17.4%。。鎂鎂含含量量高高的的鋁鋁合合金金是是一一種種堅(jiān)堅(jiān)固固的的工工業(yè)業(yè)鋁鋁合合金金，，具具有有良良好好的的加加工工性性能能。。含含鎂鎂8%的的鋁鋁合合金金，，具具有有優(yōu)優(yōu)良良的的耐耐蝕蝕性性，，但但是是鋁鋁鎂鎂合合金金的的鑄鑄造造性性能能很很差差，，在在高高溫溫下下的的強(qiáng)強(qiáng)度度和和塑塑性性都都較較低低，，冷冷卻卻時(shí)時(shí)的的收收縮縮也也大大，，故故容容易易產(chǎn)產(chǎn)生生熱熱裂裂和和形形成成疏疏松松。。此此外外，，鎂鎂的的存存在在會(huì)會(huì)增增加加合合金金在在熔熔煉煉和和保保溫溫過過程程中中的的氧氧化化傾傾向向。。在高高硅硅鋁鋁合合金金中中加加入入少少量量(0.2%～～0.3%)的的鎂鎂可可提提高高合合金金的的強(qiáng)強(qiáng)度度極極限限、、彈彈性性極極限限、、疲疲勞勞極極限限及及硬硬度度，，而而其其塑塑性性降降低低不不多多。。(4)鋅鋅。。鋁鋁合合金金中中的的鋅鋅能能提提高高合合金金的的流流動(dòng)動(dòng)性性，，但但在在高高硅硅鋁鋁合合金金中中，，鋅鋅使使合合金金的的熱熱裂裂傾傾向向增增加加，，而而耐耐蝕蝕性性有有所所降降低低，，故故應(yīng)應(yīng)嚴(yán)嚴(yán)格格控控制制鋅鋅含含量量不不超超出出規(guī)規(guī)定定的的范范圍圍。?？煽墒鞘卿\鋅含含量量很很高高的的鋁鋁鋅鋅合合金金(含含鋅鋅量量為為9%～～13%)卻卻具具有有較較好好的的鑄鑄造造成成型型性性能能和和力力學(xué)學(xué)性性能能，，其其切切削削性性能能也也比比較較好好。。(5)鐵鐵。鋁鋁合金金中含含有少少量的的雜質(zhì)質(zhì)鐵(0.6%～1.4%)能削削弱鋁鋁和鐵鐵的親親合力力，從從而降降低鋁鋁合金金在壓壓鑄過過程中中的粘粘模傾傾向。。從這這一角角度來來說，，雜質(zhì)質(zhì)鐵的的存在在對壓壓鑄生生產(chǎn)是是有利利的，，所以以鋁合合金在在采用用砂型型鑄造造工藝藝時(shí)鐵鐵含量量不允允許超超過1%，，而使使用壓壓鑄工工藝時(shí)時(shí)允許許鐵含含量控控制在在1.5%以內(nèi)內(nèi)。但但是鋁鋁合金金中鐵鐵含量量不能能太高高，因因?yàn)殇X鋁和鐵鐵會(huì)生生成FeAl3、Fe2Al7和和Al-Si-Fe等片片狀或或針狀狀組織織存在在于合合金中中，降降低了了力學(xué)學(xué)性能能，特特別是是沖擊擊韌性性和塑塑性。。承受受較大大動(dòng)載載荷的的零件件鐵含含量應(yīng)應(yīng)控制制在1%以以內(nèi)。。(6)錳錳。鋁鋁合金金中錳錳的存存在能能減少少鐵的的有害害影響響，錳錳含量量在0.4%以以下時(shí)時(shí)還能能增加加塑性性，因因?yàn)殄i錳能使使合金金中鐵鐵的片片狀或或針狀狀晶體體組織織變?yōu)闉榧?xì)密密的晶晶體形形狀，，故一一般鋁鋁合金金中允允許錳錳含量量不超超過0.5%。。合金金中錳錳含量量高時(shí)時(shí)會(huì)引引起偏偏析。。壓鑄鋁鋁合金金的牌牌號(hào)、、化學(xué)學(xué)成分分、力力學(xué)性性能及及用途途見表表2.2。。鎂鎂合合金鎂合金金的比比重是是各種種壓鑄鑄合金金中最最小的的(僅僅為1.76～～1.83g/cm3)，是是鋁合合金的的2/3左左右。。鎂合合金的的強(qiáng)度度高，，屈服服極限限低于于鋁合合金，，承受受載荷荷的能能力稍稍差。。但在在承受受沖擊擊載荷荷時(shí)有有較大大的沖沖擊韌韌性。。鎂合合金在在常溫溫和低低溫下下(-196℃℃)都都有良良好的的力學(xué)學(xué)性能能。鎂鎂合金金與鐵鐵的親親合力力小，，故發(fā)發(fā)生粘粘模現(xiàn)現(xiàn)象較較少，，模具具壽命命長。。鑄件件尺寸寸穩(wěn)定定，且且有良良好的的切削削加工工性能能。鎂鎂是一一種非非常活活潑的的元素素，易易燃燒燒，鎂鎂合金金在熔熔煉和和壓鑄鑄過程程中易易被氧氧化，，給生生產(chǎn)帶帶來較較大的的困難難，并并且鎂鎂合金金壓鑄鑄件易易產(chǎn)生生縮松松和熱熱裂缺缺陷，，抗蝕蝕性能能較低低。由于鎂鎂合金金有以以上的的特點(diǎn)點(diǎn)，故故常用用于重重量要要求輕輕，但但又有有一定定強(qiáng)度度的零零件。。如航航空工工業(yè)、、汽車車發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)零零部件件、室室外移移動(dòng)設(shè)設(shè)備的的零部部件以以及在在低溫溫下工工作的的零件件。當(dāng)前我我國用用于壓壓鑄的的鎂合合金只只有5號(hào)鑄鑄造用用鎂合合金，，其化化學(xué)成成分及及力學(xué)學(xué)性能能見表表2.3。。鎂鎂合合金銅銅合合金銅合金金作為為一種種壓鑄鑄用的的金屬屬材料料力學(xué)學(xué)性能能遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過鋅合合金、、鋁合合金和和鎂合合金。。另外外，銅銅合金金抗蝕蝕性能