1、第二章 压铸合金及熔炼第一节 压铸合金的性能一 物理性能见表 2-1表 2-1常用压铸合金的物理性能熔 点名 称 密度（克/厘米 3） 液相线 固相线铝合金 2.52.9 575630 545579锌合金 6.7 386387 380381镁合金 1.81.81 607492 26.4铜合金 8.58.85 885900二、机械性能合金的机械性能是指它抵抗外力作用而表现出来的特性，也称为力学性能。一般以抗拉强度、屈服强度、塑性、延伸率、断面收缩率、硬度来衡量和反映金属和合金的机械性能。三、工艺性能1流动性合金的流动性，即指合金液充填型腔的能力，通常流动性好的合金有利于压铸结构复杂的薄壁铸件，获
2、得尺寸精确，轮廓清晰的优质压铸件。合金的物理性质及结晶特点是决定流动性好坏的内因，合金的结晶潜热及热容量小而导热率大，且保持液态时间短，合金的凝固温度范围大，则使合金液的流动阻力大；这都会降低其流动性。从压铸工艺特点来讲，铸型的导热能力俞差，合金液在型腔中的流动阻力俞小，则合金液充填铸型的能力就俞强。反之，型腔导热系数俞大合金液冷却俞快，充型性能就下降，采用模具（铸型）温控装置及导热系数小的涂料，相对来说，均能提高合金的流动性。从浇注条件来讲，提高浇注温度可使合金液的热容量增大，延长了保持液态合金的时间，粘度减小，充型能力增强。但浇注温度过高，合金液吸气增多，氧化严重，铸件的一次结晶组织粗大，
3、容易产生缩孔、缩松、粘模等缺陷。第二，采用较高的压射速度，可以改善合金液的充型能力。但是，应该防止因速度过高而造成涡流包气，影响铸件质量。第三，提高压射压力，也可使合金液的充型能力得到增强。提高充型能力，改善流动性的措施如下： 适当调整合金的成分，严格控制合金液熔炼工艺，净化合金液，减少合金液中的非金属杂物和气体，加入微量元素，细化晶粒。 增加铸型的溢流排气系统，提高除渣排气能力，采用导热率低的涂料。 合理设置浇注系统,适当提高浇注温度及压射速度。 慎重改进铸件结构，改善铸件的压铸工艺性。2收缩铸造合金从液态到凝固完毕，以及此后继续冷却至常温的过程中，都将产生体积和尺寸的变化，这种体积和尺寸的
4、变化总称为收缩。 体收缩Vo-VE 体 = 100%Vo式中：Vo 被测试合金的试样在高温 to时的体积（厘米 3） 。V 被测试合金的试样至温度 t时的体积（厘米 3） 。缩孔与缩松：由于合金在液态及凝固期间产生体收缩的结果，使铸件在最后凝固的区域产生宏观或显微孔洞，统称缩孔。集中性缩孔，容积大而集中，多分布在铸件断面较厚（热节）且最后凝固的地方，分散性缩孔又称缩松，孔洞细小而分散，常与模具温度、压力传递有关。缩孔与缩松产生的基本条件是合金的液态收缩及凝固收缩远大于固态收缩。一般的规律是，合金的凝固温度范围愈小，则易形成集中缩孔；反之易形成缩松。同一种合金，过热度大时缩孔就大，过热度小时缩孔
5、就小。 线收缩Lo-LE线= 100%Lo式中：Lo 被测试合金的试样在高温 t0时的长度（毫米）L被测试金属的试样降低至温度 t时的长度（毫米）压铸件在铸型内收缩时，往往由于受到摩擦阻碍（铸件表面与铸型表面之间的摩擦力） ，热阻碍（铸件各部分冷却速度不一致而产生）,机械阻碍(铸型的突出部分或型芯的阻碍)等作用而不能自由收缩，故通常将铸件在这些阻力作用下实际产生的收缩，称为受阻收缩。也称阻碍收缩，阻碍收缩总小于自由收缩。设计模具时采用缩比，即将铸造收缩率 E 铸 ，计入名义尺寸，用下式表示：L 型 -L 件E 铸 = 100%L 件式中：L 型 铸型尺寸（毫米）L 件 压铸件尺寸（毫米）常用合
6、金的综合计算收缩率为：锌合金：0.30.5%，铝合金：0.30.6%，镁合金：0.40.8%，铜合金：0.61.0%。3热裂铸件的热裂，是指合金在高温状态形成的裂纹。铸在在凝固期间，因受铸型阻而不能自由的收缩时，在铸件内产生的收缩应力超过合金在该温度下的强度时，即产生热裂。热裂的外形曲折而不规则，裂口表面被强烈氧化。热裂按其在铸件的位置分为内裂和外裂，外裂常从铸件表面不规则处、尖角处、截面厚度有突变处开始，逐渐延伸至铸件内部，表面较宽内部较窄，有时会贯穿整个铸件断面。内裂产生于铸件内部最后凝固的地方，一般不会延伸至铸件表面。其裂口表面很不平滑。常有很多分叉，氧化较外裂纹轻。一般地说，合金凝固过
7、程中开始形成完整的结晶构架的温度与凝固完毕的温度之差俞大，以及在此期间合金收缩率俞大，则合金的热裂倾向就俞大。例如：铝铜合金，铝镁合金的铸件，一般比铝硅合金的铸件热裂倾向要大。改进铸件结构，改进浇注系统等有效途径来避免铸件热裂缺陷的产生。4铸造应力根据应力产生的原因，可将铸造应力分为热应力，相变应力和收缩应力三种。热应力是由于铸件上相连接的各部分断面厚度不同，冷却时收缩的时间先后不一致所引起的，一般铸件薄壁中有压应力，厚壁中有拉应力。相变应力是由于有些合金在凝固以后的冷却过程中发生相变，伴随有体积的变化，并引起铸件尺寸发生变化的结果，对在相变时发生膨胀的合金来说，厚壁部分产生的相变应力为压应力
8、，而薄壁部分产生的相变应力为拉应力。收缩应力是由于铸件收缩时受到铸型和型芯的阻碍所引起的，这种应力总是拉应力。防止铸件产生裂纹或变形，除铸件结构设计合理（即具有良好的压铸工艺性）外，在压铸工艺上应采取妥善措施，使合金同时结晶凝固。并尽可能使铸件壁厚均匀。避免合金局部积聚。转折处避免尖角，选择合理的浇注系统，以减少铸件各部分的温度差。总的目的是避免铸造应力的产生。对于有残留应力的铸件，可采取自然时效或人工时效等热处理工艺来消除，使之获得优质铸件。吸气各种铸造有色金属都有吸收气体的特性，处在熔炼或保温过程中的合金液，随合金温度的升高，所吸收气体的溶解度迅速增加。因此，除正确控制整个熔炼浇注工艺外，
9、应尽量减少合金液在高温下保温，避免合金液过热，对极易吸合的合金，采取在覆盖剂保护下熔炼。这样才能避免气孔、针孔的产生。合密性合金气密性，是指其铸件承接高压气体或液体的作用而不渗漏的能力，它通常反映着铸件内部的致密程度。一般规律是，合金的凝固温度范围俞窄，铸件产生疏松的倾向俞小；凝固过程中析出气体俞少，产生析出性气孔（如铝合金的针孔）俞少，则合金的气密性俞高。合理选择合金牌号，尽可能降低合金的浇注温度，避免合金过热,恰当设计铸造工艺，以及采取快速冷在高压力下结晶等措施，都将有利于改善铸件的合密性。第二节 压铸合金选择要求一、压铸合金的选取用要求1过热温度不高时具有较好的流动性，利于充填复杂型腔，
10、以获得表面质量良好的铸件。2线收缩率和热裂倾向要小，以免铸件产生裂纹，以利提高铸件尺寸精度。3结晶温度范围要小，防止产生缩孔和缩松，提高铸件质量。4具有一定的高温强度，以防止推出铸件时产生变形或碎裂。5在高温下有较高的强度，以适应大型薄壁复杂铸件生产的需要。6与金属型腔相互之间的亲和力要小，以减少粘模和相互合金化。7具有良好的加工性能和一定的抗腐蚀性。二、压铸合金分类压铸合金分为铸造有色合金和黑色金属合金，铸造有色合金应用最广泛，但是，所有铸造有色合金不能都用作压铸合金。第三节 压铸铝合金及熔炼一、铝合金分类按其所含的主要元素不同，分为四种，即铸造铝硅合金、铸造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铝锌
11、合金。二、压铸铝合金的特点1 铸造性能好2 密度小（2.52.9 克/厘米 3） ，比强度（ br）高.3 耐蚀性、耐磨性、导热性和导电性好。4 铝硅系合金有粘模倾向，切削性能较差。5 对金属坩埚腐蚀严重。6 体积收缩率大，易产生缩孔。三、压铸铝合金中各元素的作用与影响1 硅硅是大多数压铸铝合金的主要元素。它能改善合金的铸造性能。合硅量至11.7%时，硅与铝形成共晶体,提高合金的高温造型性，减少收缩率。当含硅量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又多时，即出现游硅的硬质点，使切削加工困难。2铜增加含铜量，能提高合金流动性，抗拉强度和硬点，但降低了耐蚀性和塑性，热裂倾向增大。3镁在高硅铝合金中加入少量（
12、约 0.20.3%）的镁，可提高强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性，含镁 8%的铝合金具有优良的耐蚀性，但其铸造性能差，在高温下强度和塑性都低，冷却时收缩大，故易产生热裂和形成疏松。4锌锌在铝合金中能提高流动性，增加热脆性，降低耐蚀性，故应控制锌的含量在规定范围内。5铁在所有铝合金中都含有害杂质，因铝合金中铁含量太高时，降低机械性能，流动性减低，热裂性增大，当含铁量在 0.6%以下时。合金对模具的粘附作用十分强裂，当超过 0.6%后, 粘模现象便大为减轻，故含铁量一般应控制在 0.61%范围内对压铸是有益的，但最高不能超过 1.5%。6锰锰在铝合金中能减少铁的有害影响，一般铝合金中允许有
13、0.5%以下的锰存在。含锰量过高时，会引起偏析。7镍镍在铝合金中能提高合金的强度和硬度，降低耐蚀性。四、铝合金的熔炼 高质量的合金液应具有如下三个条件 化学成分符合标准，成分均匀。 气体、氧化夹杂、熔剂夹灰少，不致在铸件中形成气孔和夹渣。 变质良好，组织细化，铸件能获得良好的结晶组织。 提高铝合金质量的措施1防止增铁在熔炼和压铸过程中，随着熔炼温度的升高和保温时间的增长，铁的熔解量不断增加，温度俞高，时间俞长，增铁就愈多。防止铝合金增铁的措施是： 所有与铝液接触的铁质坩埚和工具表面必须定期清理，并涂喷适宜的专用涂料，以避免与铝液直接接触。 选用尽可能低的熔炼温度，避免不必要的过热和长时间保温。
14、 当熔炼温度过高时，应使用非铁质的坩埚及工具。2防止氧化铝合金在加热过程中，其表面很快被氧化，并随温度的升高，氧化加剧，铝合金液的氧化会产下如下的不良后果。 造成合金的烧损。 恶化合金的铸造性能。如降低充能力，增大形成孔洞、裂纹等倾向。 降低机械性能，尤其是影响冲击韧性和疲劳极限。 恶化切削加工性能。为了减少铝合金的氧化，除选择适当的熔炼用炉外，压铸生产中应采用保温炉保温，切忌边熔化，边压铸生产，尽可能减少搅拌，保持液面氧化膜完整，避免合金液不必要的过热和尽量缩短合金在保温炉中的时间。3防止吸气 水气：它来自炉气，未经充分干燥的炉料、精炼剂、复盖剂、变质剂，未经充分干燥的炉衬、坩埚及工具上的涂
15、料，以及残留在坩埚、工具和炉料上的含水溶剂，这些水气与铝反应为：2AL+3H2OAL 2O3+6H 产生氢，氢以原子态进入铝液。 油污来自带有油脂的炉料及工具，油脂与铝反应生成氢。 炉料上带有含水腐蚀物。减少铝合金液吸收气体，合金原材料应妥善存放，防止受潮。使用前需充分预热烘干；对熔炼坩埚、工具都应充分预热以去除水汽后再使用。为了清除铝合金液中的气体，所有铝合金液浇注之前都必须进行除气精炼。4精炼铝合金在熔炼过程中，去除非金属夹杂物(各种固态氧化物)和气体的工序，一般称为“精炼” 。 通氮精炼法又称惰性气体除气法基本原理：将氮气通过一定的工艺装置进入铝液的底部，氮以气泡的形式从铝液的底部向上浮
16、起时，由于在气泡和铝液接触的界面上存在氢的分压差，气泡内氢的分压很低，在氢分压趋于平衡的过程中，合金液中的氢就不断地进入气泡，当气泡上升到液面后，氢即随之逸入大气中，气泡在上升的过程中，同时吸附氧化渣及其固定杂质，使之一起上浮到液面。惰性气体在使用前应将其冷凝脱水，以防止水分进入铝液。 通氧精炼法（略） 氯化物精炼（略）5变质处理在铝合金熔炼时，除按规定加入合金元素外，常加入少量的添加物（有时也称为合金元素） 。使合金凝固时结晶条件发生变化。从而使合金组织细化，使合金的机械性能、抗热裂性、气密性可以得到提高和改善，但合金的流动性有所降低，这个过程即称为变质处理。第四节 压铸锌合金一、锌合金的特
17、点1熔点低（380410） ；合金熔化和保温方便，摸具寿命长。2 铸造工艺性好，可压铸特别复杂的薄壁铸件。3 和铁亲和力小，不易粘附模具。4 具有良好的常温性能。5 焊接性和电镀性良好。6 比重大（6.67.0） 。7 抗蚀性差，易产生晶间腐蚀，进而发生老化。8 锌对有害杂质的作用极为敏感，为了确保铸件质量，必须采用纯度高的原材料进行熔制，并对合金进行严格管理。二、压铸锌合金中各元素的作用与影响。1铝铝含量一般在 3.54.5%范围内，铝能减少熔融的锌对黑色金属侵蚀，并能细化晶粒，强化合金，随着铝含量的提高，合金的强度及冲击值均有显著提高。铝含量大于 5%时，合金变脆，低于 3.5%时流动性能
18、和机械性能有所降低，热裂倾向和收缩率增大。2铜铜在压铸锌合金中，能显著地抑制晶间腐蚀，并能提高合金的硬度和强度。当铜含量超过 1.5%时，抗蚀性不再提高，当铜含量4%时，冲击强度降低。3镁在压铸锌合金中含量极少，但对晶间腐蚀现象有明显的抑制作用，并有细化晶粒和提高硬度的作用，一般以 0.04%为宜。镁含量超过 0.08%时，会使合金有热脆性，降低冲击强度和充型能力。4铁、硅铁杂质会产生铁铝化合物。铁含量过多时，对切削加工性能，电镀前抛光和充型性能都有影响，硅杂质是随铝的加入而带入的。硅不熔解于锌中，而以结晶硅出现，含量虽少，但也对切削加工性能不利。三、锌合金的熔炼工艺特点熔炼温度应控制在 44
19、0480，浇注温度为 400440。第五节 压铸镁合金镁合金是良好的轻型结构材料，在世界上工业发达国家，已普遍应用于汽车、笔记本电脑、手机等各个行业，镁合金的压铸在我国才刚刚起步，其成套技术主要依赖于引进。一、压铸镁合金的特点1 比重小（r=1.8） ，相当于铸铁的 25%左右。2 比强度大。3 具有良好的刚度和减震性。4 铸件尺寸稳定。5 和铁亲和力小，不易粘模。6 切削加工性能优良。7 高温脆性、热裂倾向大。8 耐蚀性差。一、 压铸镁合金中各元素的作用与影响。1铝铝在镁合金中为基本组元，与镁形成共晶体，改善流动性。能提高强度、硬度，而耐蚀性降低，由于铝的比重较小，是镁合金的最好强固剂。铝的
20、含量超过 9%时，合金的强度和延伸率将发生突然的下降。2锌锌含量在 0.8%时,能提高镁合金的流动性和机械性能,并可减少铁和镍等杂质的腐蚀作用。锌含量1%时，会引起合金的高温热脆性。3锰锰在镁合金中能大大提高其耐蚀性，还能中和铁在合金中的有害作用。当含锰量为 0.5%以下时，能改善合金的机械性能。4硅少量的硅能改善镁合金的流动性和造型性，但降低塑性和而耐蚀性（尤其合金中含有铁时） 。5铁铁不溶于镁，而存在于晶粒之间。当合金中有锰时，则铁和锰组成化合物沉淀，铁在镁合金中降低合金的机械性能和耐蚀性，是极有害的杂质，应严加控制。三、压铸镁合金的熔炼镁与氧生成疏松的氧化膜，不能阻止镁的继续氧化。在熔炼温度下，镁液与氧强烈氧化而燃烧，镁液遇水极易爆炸，引起镁液剧烈飞溅。所以，镁合金熔炼一定要严格按工艺进行，避免发生爆炸出现伤人事故。
