壓鑄工藝及模具設(shè)計第章

第2章壓鑄合金

（時間：1次課，2學(xué)時）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壓鑄合金和低熔點壓鑄合金兩大類。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。這類合金的特點是比重大、熔點低，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。鋅合金的特點是：熔點低，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)重時鑄件會完全碎裂，也就是出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。壓鑄鋅合金的牌號、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)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子時使用。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的流動性，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℃時溶解度為1.65%，而室溫時僅為0.2%。在硅含量增加到11.6%時，硅與其在鋁中的固溶體形成共晶體，提高了合金高溫流動性，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，就會產(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)點的硬度也很高，加工時刀具磨損厲害，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，銅在鋁中的溶解度為5.65%，室溫時降至0.1%左右。銅含量的增加可提高合金的流動性、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。2.2.3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%時時，，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%時時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堅固固的的工工業(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，，冷冷卻卻時時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會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。。在高硅鋁合合金中加入入少量(0.2%～～0.3%)的鎂可可提高合金金的強(qiáng)度極極限、彈性性極限、疲疲勞極限及及硬度，而而其塑性降降低不多。。(4)鋅鋅。鋁合金金中的鋅能能提高合金金的流動性性，但在高高硅鋁合金金中，鋅使使合金的熱熱裂傾向增增加，而耐耐蝕性有所所降低，故故應(yīng)嚴(yán)格控控制鋅含量量不超出規(guī)規(guī)定的范圍圍?？墒卿\鋅含量很高高的鋁鋅合合金(含鋅鋅量為9%～13%)卻具有有較好的鑄鑄造成型性性能和力學(xué)學(xué)性能，其其切削性能能也比較好好。(5)鐵鐵。鋁合金金中含有少少量的雜質(zhì)質(zhì)鐵(0.6%～1.4%)能削弱鋁鋁和鐵的親親合力，從從而降低鋁鋁合金在壓壓鑄過程中中的粘模傾傾向。從這這一角度來來說，雜質(zhì)質(zhì)鐵的存在在對壓鑄生生產(chǎn)是有利利的，所以以鋁合金在在采用砂型型鑄造工藝藝時鐵含量量不允許超超過1%，，而使用壓壓鑄工藝時時允許鐵含含量控制在在1.5%以內(nèi)。但但是鋁合金金中鐵含量量不能太高高，因為鋁鋁和鐵會生生成FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe等片片狀或針狀狀組織存在在于合金中中，降低了了力學(xué)性能能，特別是是沖擊韌性性和塑性。。承受較大大動載荷的的零件鐵含含量應(yīng)控制制在1%以以內(nèi)。(6)錳錳。鋁合金金中錳的存存在能減少少鐵的有害害影響，錳錳含量在0.4%以以下時還能能增加塑性性，因為錳錳能使合金金中鐵的片片狀或針狀狀晶體組織織變?yōu)榧?xì)密密的晶體形形狀，故一一般鋁合金金中允許錳錳含量不超超過0.5%。合金金中錳含量量高時會引引起偏析。。壓鑄鋁合金金的牌號、、化學(xué)成分分、力學(xué)性性能及用途途見表2.2。2.2.4鎂合合金鎂合金的比比重是各種種壓鑄合金金中最小的的(僅為1.76～～1.83g/cm3)，是是鋁合金的的2/3左左右。鎂合合金的強(qiáng)度度高，屈服服極限低于于鋁合金，，承受載荷荷的能力稍稍差。但在在承受沖擊擊載荷時有有較大的沖沖擊韌性。。鎂合金在在常溫和低低溫下(-196℃℃)都有良良好的力學(xué)學(xué)性能。鎂鎂合金與鐵鐵的親合力力小，故發(fā)發(fā)生粘模現(xiàn)現(xiàn)象較少，，模具壽命命長。鑄件件尺寸穩(wěn)定定，且有良良好的切削削加工性能能。鎂是一一種非常活活潑的元素素，易燃燒燒，鎂合金金在熔煉和和壓鑄過程程中易被氧氧化，給生生產(chǎn)帶來較較大的困難難，并且鎂鎂合金壓鑄鑄件易產(chǎn)生生縮松和熱熱裂缺陷，，抗蝕性能能較低。由于鎂合金金有以上的的特點，故故常用于重重量要求輕輕，但又有有一定強(qiáng)度度的零件。。如航空工工業(yè)、汽車車發(fā)動機(jī)零零部件、室室外移動設(shè)設(shè)備的零部部件以及在在低溫下工工作的零件件。當(dāng)前我國用用于壓鑄的的鎂合金只只有5號鑄鑄造用鎂合合金，其化化學(xué)成分及及力學(xué)性能能見表2.3。2.2.4鎂合合金2.2.5銅合合金銅合金作為為一種壓鑄鑄用的金屬屬材料力學(xué)學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋅合合金、鋁合合金和鎂合合金。另外外，銅合金金抗蝕性能能好、耐磨磨性好、疲疲勞極限和和導(dǎo)熱性都都很高，線線膨脹系數(shù)數(shù)也較小，，故用于制制造耐磨和和工作溫度度變化時要要求尺寸穩(wěn)穩(wěn)定的零件件。銅合金金的導(dǎo)電性性能很好，，并且具有有抗磁性能能，常用來來制造不允允許受磁場場干擾的儀儀器儀表零零件。銅合金的熔熔點較高，，會較快地地使模具由由于熱疲勞勞而降低壽壽命，而且且銅合金的的熔煉與保保溫不能使使用鋁合金金壓鑄時常常用的電阻阻保溫爐。。常用于壓壓鑄生產(chǎn)的的銅合金主主要是鑄造造黃銅，它它們的化學(xué)學(xué)成分及力力學(xué)性能見見表2.4。2.2.5銅合合金思考