压铸工艺及模具设计第2章

第2章压铸合金（时间：1次课，2学时）第2章压铸合金压铸合金、压铸模、压铸机是压铸生产的三要素。要获得优质的压铸件除了要求压铸件的结构工艺性合理，压铸模设计合理、制造精确，压铸机性能优良之外，还要有压铸工艺性良好的合金。第2章压铸合金2.1压铸合金性能要求2.2压铸合金压铸合金性能要求并非任何性能的合金都能用来生产压铸件，用于压铸生产的合金其性能有两方面的要求，一是在压铸件成型时有良好的成型工艺性，二是成型后的压铸件能满足产品的使用要求。合金的成型工艺性能是指合金的铸造成型工艺性、切削加工性、焊接性能、电镀性能、热处理性能等。合金的使用性能包括合金的力学性能、物理性能和化学性能。因此，用于压铸生产的合金应具有以下性能：(1)结晶温度范围小，以防止压铸件产生缩孔和缩松缺陷。(2)具有良好的流动性，有利于成型结构复杂、表面质量好的压铸件。(3)线收缩率小，可降低铸件产生热裂的倾向并且易于获得尺寸精度较高的铸件。(4)高温时有足够的热强度和可塑性，高温脆性和热裂倾向小，防止推出铸件时产生变形和开裂。(5)在常温下有较高的强度，以适应大型薄壁复杂压铸件的使用要求。(6)具有良好的加工性能和一定的抗蚀性能。(7)成型过程中与型壁产生物理-化学反应的倾向小，防止黏模及相互合金化以延长模具寿命。在满足使用性能的前提下，选用压铸合金时尽可能考虑工艺性能优良的合金。目前得到广泛应用的压铸合金是有色金属。黑色金属由于熔点太高，致使压铸模的使用寿命极低，因此，极少采用压铸生产工艺来生产黑色金属铸件。通常有色压铸合金分高熔点压铸合金和低熔点压铸合金两大类。前者有铝合金、镁合金和铜合金，后者有铅合金、锡合金和锌合金。压铸合金2.2.1铅合金和锡合金2.2.2锌合金2.2.3铝合金2.2.4镁合金2.2.5铜合金压铸合金常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金。铅、锡合金仅用于少数场合。铅合金和锡合金铅合金和锡合金是压铸生产中最早使用的合金，用来制造印刷用铅字。这类合金的特点是比重大、熔点低，铸造和加工性能好，但力学性能不高。适用于力学性能要求不高的各种复杂的小零件，目前很少使用。锌合金在压铸发展史中，压铸锌合金曾占有相当重要的地位。锌合金的特点是：熔点低，熔炼、保温均比较容易；对模具热损害小，模具寿命长；铸造工艺性好，可压铸结构复杂的薄壁铸件；与铁的亲合力小，不粘模。锌合金在常温下有良好的力学性能，加工性、焊接性、电镀性均良好。由于锌合金的比重大，因此航空、电子、仪表等工业部门的产品中很少用锌合金压铸件。它抗蚀性能差，容易产生晶间腐蚀，导致发生强度和尺寸变化，严重时铸件会完全碎裂，也就是出现“老化”现象。压铸锌合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表2.1。锌合金铝合金压铸铝合金的使用性能和工艺性能都优于其他压铸合金，而且来源丰富，所以在各国的压铸生产中都占据极重要的地位，其用量远远超过其他压铸合金。铝合金的特点是：比重小、强度高；铸造性能和切削性能好；耐蚀性、耐磨性、导热性和导电性好。铝和氧的亲和力很强，表面生成一层与铝结合得很牢固的氧化膜，致密而坚固，保护下面的铝不被继续氧化。铝硅系合金在杂质铁含量较低的情况下，粘模倾向严重。铝合金体收缩值大，易在最后凝固处形成大的集中缩孔。用于压铸生产的铝合金主要是铝硅合金、铝镁合金和铝锌合金三种。纯铝铸造性能差，压铸过程易粘模，但因它的导电性好，所以在生产电动机的转子时使用。铝合金中主要合金元素及杂质对其性能影响如下：(1)硅。硅是大多数铝合金的主要元素。它能改善合金在高温时的流动性，提高合金抗拉强度，但使塑性下降。硅与铝能生成固熔体，它在铝中的溶解度随温度升高而增加，温度577℃时溶解度为1.65%，而室温时仅为0.2%。在硅含量增加到11.6%时，硅与其在铝中的固溶体形成共晶体，提高了合金高温流动性，收缩率减小，无热裂倾向。二元系铝硅合金耐蚀性高、导电性和导热性良好、比重和膨胀系数小。硅能提高铝锌系合金的抗蚀性能。当合金中硅含量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又较多时，就会产生游离硅，硅含量越高，产生的游离硅就越多。游离硅的硬度很高，由它们所组成的质点的硬度也很高，加工时刀具磨损厉害，给切削加工带来很大的困难。此外，高硅铝合金对铸铁坩锅熔蚀严重。硅在铝合金中通常以粗针状组织存在，降低合金的力学性能，为此需要进行变质处理。(2)铜。铜和铝组成固溶体，当温度为548℃时，铜在铝中的溶解度为5.65%，室温时降至0.1%左右。铜含量的增加可提高合金的流动性、抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性和塑性，热裂倾向增大。压铸通常不用铝铜合金，而用铝硅铜合金。铝合金在高硅铝合金中，铜含量以0.8%为界限。当含量低于0.8%时，能提高合金的强度和硬度以及弹性极限；当含量超过0.8%时则起着相反的作用。含硅量7%以下的铝硅合金中加入1%～2%的铜可提高铸件的表面光洁度。(3)镁。在共晶温度(449℃)下镁在铝中的溶解度可达17.4%。镁含量高的铝合金是一种坚固的工业铝合金，具有良好的加工性能。含镁8%的铝合金，具有优良的耐蚀性，但是铝镁合金的铸造性能很差，在高温下的强度和塑性都较低，冷却时的收缩也大，故容易产生热裂和形成疏松。此外，镁的存在会增加合金在熔炼和保温过程中的氧化倾向。在高硅铝合金中加入少量(0.2%～0.3%)的镁可提高合金的强度极限、弹性极限、疲劳极限及硬度，而其塑性降低不多。(4)锌。铝合金中的锌能提高合金的流动性，但在高硅铝合金中，锌使合金的热裂倾向增加，而耐蚀性有所降低，故应严格控制锌含量不超出规定的范围。可是锌含量很高的铝锌合金(含锌量为9%～13%)却具有较好的铸造成型性能和力学性能，其切削性能也比较好。(5)铁。铝合金中含有少量的杂质铁(0.6%～1.4%)能削弱铝和铁的亲合力，从而降低铝合金在压铸过程中的粘模倾向。从这一角度来说，杂质铁的存在对压铸生产是有利的，所以铝合金在采用砂型铸造工艺时铁含量不允许超过1%，而使用压铸工艺时允许铁含量控制在1.5%以内。但是铝合金中铁含量不能太高，因为铝和铁会生成FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe等片状或针状组织存在于合金中，降低了力学性能，特别是冲击韧性和塑性。承受较大动载荷的零件铁含量应控制在1%以内。(6)锰。铝合金中锰的存在能减少铁的有害影响，锰含量在0.4%以下时还能增加塑性，因为锰能使合金中铁的片状或针状晶体组织变为细密的晶体形状，故一般铝合金中允许锰含量不超过0.5%。合金中锰含量高时会引起偏析。压铸铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表2.2。镁合金镁合金的比重是各种压铸合金中最小的(仅为1.76～1.83g/cm3)，是铝合金的2/3左右。镁合金的强度高，屈服极限低于铝合金，承受载荷的能力稍差。但在承受冲击载荷时有较大的冲击韧性。镁合金在常温和低温下(-196℃)都有良好的力学性能。镁合金与铁的亲合力小，故发生粘模现象较少，模具寿命长。铸件尺寸稳定，且有良好的切削加工性能。镁是一种非常活泼的元素，易燃烧，镁合金在熔炼和压铸过程中易被氧化，给生产带来较大的困难，并且镁合金压铸件易产生缩松和热裂缺陷，抗蚀性能较低。由于镁合金有以上的特点，故常用于重量要求轻，但又有一定强度的零件。如航空工业、汽车发动机零部件、室外移动设备的零部件以及在低温下工作的零件。当前我国用于压铸的镁合金只有5号铸造用镁合金，其化学成分及力学性能见表2.3。镁合金铜合金铜合金作为一种压铸用的金属材料力学性能远远超过锌合金、铝合金和镁合金。另外，铜合金抗蚀性能好、耐磨性好、疲劳极限和导热性都很高，线膨胀系数也较小，故用于制造耐磨和工作温度变化时要求尺寸稳定的零件。铜合金的导电性能很好，并且具有抗磁性能，常用来制造不允许受磁场干扰的仪器仪表零件。铜合金的熔点较高，会较快地使模具由于热疲劳而降低寿命，而且铜合金的熔炼与保温不能使用铝合金压铸时常用的电阻保温炉。常用于压铸生产的铜合金主要是铸造黄铜，它们的化学成分及力学性能见表2.4。铜合金思考题(1)压铸合金应具备哪些性能？(2)常用压铸合金有哪些？(3)硅、铜、镁、锌、铁对压铸铝合金性能有何影响？!