压铸铝合金及先进的压铸技术.pdf
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1、l 4 V o l 5 O N o 1 J a n 2 0 01 压铸铝合金及先进的压铸技术 彭靓引、 文德, 钱翰城 ( 重庆大学 碱工程学院,重庆 4 0 0 0 4 4 ) 摘要:榨进了压簪铝台金圬性能、优 厦在汽互二业中扣应月情况符要 塑了喜叠 素在E铸铝鲁盎中 =以及 世界各国 复嗣圬压铸铝音盘枉科 曼其 工艺 关键词 :压力铸造 ;铝合金;汽车 ;综述 中图分类号:T G 2 4 9 2 T O1 4 6 2 文献标识码:A文章编号 :1 0 0 1 4 9 7 7( 2 0 0 1 )O 1 ) ( ) l 4 0 5 Al u mi n u m Di e Ca s t i n
2、g Al l o y s a n d t h e Ad v a n c e d Te ch n o l o g y o f Di e - Ca s t i n g P E N G J i n g ,S U N We n - d e QI AN H a rt - c h e n g ( S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,Ch o n g q i n g U n iv e r s i t y ,Ch o n g q i n g 4 0 0 0 4 4 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t : Th e
3、 p r op e r t y ,ad v a n t a ge s a n d a pp l i c a t i o n o f di e - c as t i n g alumi n u m al I c y i n a u t omot i v e i n d u s t r y ar e r e v i e we d i n t h i s p a p er ,Th e e ffe c l o f aI Ioy i n g el emen t s,t h e s t a n d a r ds o f mai n di e - c s s l i n g al u mi n u m aI
4、 I o y a n d di e- c a s t i n g t e c h n i q u es i n s o me c ou n t r i es ar e al s o i n t r o du c e d Key wo r d s: die- c as t i n g;a l u mi n u m al l o y;a u t o mo bi I e;r e v i e w 压铸铝合金 自 I 9 1 4年投入商业化生产以来随 着汽车工业的发展和冷室压铸机的发明,得到了快速 发展 l 】 。到 2 O世纪 8 O年代美 国 6 8 的铝合金采 用压铸生产。压铸铝台金按性能分为中低
5、强度和高强 度两种,中低强度压铸铝合金,如我国的 Y1 0 2和美 国的 4 4 3 0 ( A S TM 标准的 $ 5 C) ;另一种 勾高强度 压铸 铝 合 金如 我 国 的 Y1 1 2和 美 国 的 3 8 0 0 ( A S TM标准的 S C 8 4 B) 目前工业应用 的压铸 铝合 金主要 有 以下几 大 系列 :A J s i 、 Mg 、A 1 一 C u 、 A1 S i Mg、A】 S i C u Mg 、AI Z n等 : 美国的高强度压铸铝 金 A 3 8 0 0( A S T M 标准 的 S C 8 4 A) ,压 铸 态 条 件 下 3 2 0 MP a 0
6、2 1 6 0 MP a , 3 5 。其主要应用 于路灯灯座、打字 机框架和牙科器皿等。 日本的 A D C 1 2铝硅合金因具 有强度 和耐腐 蚀 陛能高 热 膨胀 系数小 切削 眭能好 及优 良的铸 造 性能被, “泛应用于汽车化油群、汽缸 体、缸盖 、机车减震器、 I 擎齿轮箱、农机齿轮箱等 零部件 2 - 。近年 来,随着汽车、摩托车工业 的迅速 发展,其主要用于小型汽车的制动泵壳体及峥托车减 震器壳体等形状较复杂,强度 、精度要求较高的批量 生产的中小型零部件。 孙廷富等通过正交试验研究高强度压铸铝硅合金 的压铸工艺及合金成分,碍到 l如下结果 :( 1 )优化 的合 金 成 分
7、为l O 5 S i 4 5 C u ,0 4 Mg , O 6 5 Mn ,0 4 F e ,0 2 R E ,余量为 A t ;( 2 )优 化的工 艺 为:浇 注 温度( 7 2 0 1 0 ) ,模 具 温度 ( 1 4 01 0 ) ,压射速度 1 m s 留型时间 1 5 2 0 s J 。 压铸 合金 的铸 态 指标 为 d =3 4 7 7 MP a , d=1 7 8 : 其力学性能指标优于美国 A 3 8 0 0压铸合金,与 日本 A D C 1 2 合 金相 当 。 钱翰城等人研制的高性能低成本压铸铝合金 Y Z 1 2 8( 暂定 名) 压铸 态条件下 3 3 0 MP
8、 a ,0 2 。其主要用于制造压铸缸体 ( 曲轴箱体)等铸件 并即将应用于长安轿车和微型车缸体的铝合金国产化。 1 合金元素对压铸铝合金的影响 纯铝的抗拉强度较低( 只有 8 0 MP a 左右) 塑性 较高,8 为 3 5 左右,断面收缩率为 8 0 ,并且结 晶温度区间宽,铸造 性能差,困此需要加入其他合金 元 素来改善性 能 。 1 1 S i 的影响 s i 与 A1 平衡结晶时,在 s 1 含量为 1 2 5 左右发 生共 晶反应。当 s l 2 5 时,随着 s 含量的增加, 结晶温度 区间变窄,合金流动性 提高,由于 s 的凝 固潜热 比A 1 高,所以 s i 的加入能大夫改
9、善铝合金的 流动性 。 晶粒 的化学稳定性 好且具有较 高的硬 度 ( HV 8 7 0 1 0 5 0 ) ,使铝台金具有较纯铝更高的耐蚀性 和耐磨 性。s 的线膨胀系数仅为 AI 的 1 3 1 4 ,加 收稿 日期 :2 0 0 0 0 5 2 6收到初稿,2 0 0 0 0 9 2 8收到修订稿 作者简介 :彭靓 ( 1 9 7 6 一) 女砸士研究生重庆市 L ,土要从事轻奇壹加工技走的研究。 甄 题 专 r; 维普资讯 http:/ 舒 连 彭靓等 :压铸铝台金及先进的压铸技术 入 s i 可降低铝合金的热膨胀系数 当 s i 的 含节达到 2 5 时,甚 可使错台金凝固时的体收缩
10、军 降低为 0 ,该特点已成功地应用 j 活塞等要求尺寸 稳定性好 的铝合金铸件巾 1 2 C u的影 响 铝硅合金 中 加 八 时 组 织 巾 出现 固溶 体 、 C u A I 2 和 s 相 a 相舒剐与 C u A b和 s 构成两棚共 品 体,同时这二 三 个 丰 日 又可共同构成三相共晶体,其共晶 温度为 5 2 4 。当 C u同溶于 A l 基体中或以颗粒状化 合物形式存在时,可显著提 高铝台金 的强度和硬度, 但伸长率稍有降低,当 ( : t 形成阿状 的化合物时,将 严重降低铝合金 的伸长率和强度。 铝台金的弹性模量随 ( 【 l 加入量的提高成 比例增 加,C u的加入可
11、提 高铝合金的硬度和高温力学 I生能 ( 抗蠕变性能) ,C u的同溶还可以提高铝合金的抗疲 劳强度 。但是 , 由于 C u的化学 电位 比AI 高 ,易产 生 晶间腐蚀与应力腐蚀,降低了铝台金的耐蚀性,尤其 是 c u以化合物形式存在时其耐蚀 陛更羞。 1 3 M 的影响 铝硅合金中加 八少量的 Mg可 以形成 Mg , S i 相 淬火时,Mg z S i 溶入 固溶体中,时效处理后 殳成弥 散相析出,使得 。固溶悻的结 晶点 阵发生畸变 ,从 而强化合金,显著提高强度,但仲长率有所下降。 2 铝合金熔体处理 及先进的压铸技术 2 1 铝合金的熔体处理 铝的化学性质 比较 活泼,熔炼过程
12、 中葛 与水反 应、氧化并吸氢。氢在铝台金中从液态到固态的饱和 溶解度相差近 1 7倍 ,这使得铝合金铸件巾概易产生 针 L 和夹杂等缺陷。去除错液中气体和央杂,提高熔 体质量 可直接提高铸件质量和性能0 J 。8 0年代末, 英国 F O S E C O公 司利用气泡浮游原理,研 制出一种 F DV设备,用旋转喷头 自铝液底部 吹人 惰性气体 形成诈散分布的小气泡,大大增加 r气体与熔液的接 触面积和作用时间,可有效的除去氯及夹杂物,这种 方法被称为 RI D法I 6 , 。用 R I D法处理 铝液,可使 错液中的氢含苗达到 6 1 0 F并能有救去除细 小夹杂物。此外,英国 HE P W
13、R T H矿产化学有限公 司结合气体净化和熔剂净化的优点,研制出熔剂喷射 机 。它 以惰性气体为载体,将熔剂喷入合金液中, 净化与变质同时进行 。 2 2 先进的压铸技术 气孔和夹杂物是压恃件最常见的缺陪之 一 ,气孔 的存在降低了压铸件的力学性能 、耐蚀性能和物理性 能,同时还影响压铸件的气密性、可热处理性及可焊 接性 ,降低压铸件的表面粗糙度 一 :降低气孔率、 减少央杂物是提高压恃件性能的基础 ,采用无气孔压 铸可使铸件进行热处理 从而大幅度提高性能。下面 主要介绍 目前国 内外的无气孔 压铸技 术,如真空压 铸、充氧压铸 、半固态开 三 铸、挤压压铸。 2 2 1 真空压铸技术 真空压
14、铸法是将 型腔中的气体抽空或部分抽空, 降低型腔 中的气压,以利于充型和合金熔体中气体的 排除,使合金熔体在压力的作用下充填型腔,并在压 力下凝固而获得致密 的压铸件 。 ” 】 。真空压铸法 与 普通压铸法相 比具有 以下特点 : ( 1 )气孔率大大降 低 ;( 2 )真空压铸的铸件的硬度高 ,微观组织细小; ( 3 )真空压铸件的力学性能较高。 近来,真空压铸以抽除型腔中的气体为主,主要 有两种形式 :( 1 )从模其中直接抽气 ;( 2 )置模具于 真空箱中抽气。采用真空压铸时,模具的排气道位置 和排气道面积的设计至关重要 。排气道存在一个 “ 临 界面积” _ 1 ,其与型腔内抽出的
15、气体量、抽气时间及 充填时间有关。当排气道的面积大于临界面积时,真 空压铸效果 明显;反之,则不 明显。真空系统的选择 也非常重要,要求在真空泵关闭之前,型腔 内的真空 度可保持到充 型完毕。英国 的 X ) S p r o v a c系统 j , 能达到有效去除气孔的目的,该系统生产的压铸件经 热处理后没有发现气孔。 2 2 2 充氧压铸技术 压铸件气孔中的气体绝大部分为 N, 和 H, ,几乎 没有 O 3 5 3 ,主要原因是 与 活性金属发 生反应 生 成 r固体氧化物,这为 充氧压铸技术提供 了理论基 础。充氧压铸是在压铸前将氧气充入型腔,取代其中 的空气。当金属液进入型腔时, 一
16、部分氧气从排气槽 排出,残留的氧与金属液发生反应 生成弥散状的氧 化物微粒 ,在铸型内形成瞬间真空 从而获得无气孔 的压铸件 ” J 。 充氧压铸过程中 型腔 内的真空是 由化学反应产 生的。生产中为保证安全性,应严格控制充氧量降 低型腔压力,使其与充氧压力相匹配。将真空压铸与 充氧过程结合起来,使型腔处于负压状态,可获得更 好的效果。在金属液 充型过程中 应使金属液以弥散 喷射状态充型。浇道尺寸的大小也对充氧压铸的效果 有较大影响,适当的浇道尺寸既可以满足金属液以紊 流形式充满铸型,又可 避 免金属液 温度下降得过 快。氧化物的高度弥散分 布不 会对铸件 产生不利影 响,反而可提高铸件的硬度
17、,并使热处理后的组织细 化 J 充氧压铸可用于与氧反应 的 AI 、Mg及 z n合 金 目前,采用 充氧压 铸可 生产各种 铝合金 铸件, 如:液压变速器壳体、加热器用热交换器、液压传动 阀体 、计算机用托架等 。 由于充氧压铸需要附加充氧控制装置,且消耗大 量氧气,增大压铸循环时间,这导致了充氧压铸件成 维普资讯 http:/ 1 6 J a n 2 0 0 F OU NDR Y V o l 5 0 N o 本的提高 但 因其具 有优越 的 陛能指标 ,对于需 热处 理或组焊 、要求气密性高和在较高温度下使用的压铸 件,充氧压铸具有技术和经济上的优 势。 2 2 3 半固态压铸技术 半固态
18、压铸是在液态金属凝固时进行搅拌,在一 定的冷却速 度下获得约 5 0 甚至更高固相组分的浆 料然后用浆料进行压铸 的技术 - t 9 。半 固态压铸 技术 目前有两种成形工艺 :流变成形工艺和触变成形 工艺。前者是将液态金属送入特殊设计的压射成形机 筒中由螺旋装置施加剪切使其冷却成半 固态浆料 然后进行压铸 后者是将固态金属粒或碎屑送入螺旋 压射成形机中,在加热和受剪切的条件下使金属颗粒 变成浆料后压铸成形。 半固态压铸具有 下特点: ( 1 )因含有 5 0 或 更高的固相成分,合金的收缩量小,同时又具有较好 的流动性,便于补缩 ;( 2 )半固态合金进入型腔不流 淌紊流程度小,基本上达到全
19、壁厚充填,卷气少, 易获得无气孔铸件 ;( 3 )浇注温度低,且在搅拌时已 有 5 0 的结晶潜热散 失减少 了对压室、压铸型腔 和压铸机都件的热冲击,从 而提高压 铸型 的使 用寿 命 ;( 4 )半固态压铸所要求的拔模斜度小,甚至零拔 模斜度,减少 铸件 的脱 型阻 力,提 高铸 件的精度 ; ( 5 )半固态合金只有在成形时才表现出流体的特 陛, 在成形前可象固态一 样搬运,便于组织机械化生产 ; ( 6 )半固态合金在剪切力的作用下使固态枝品破碎, 有利于细化晶粒 ,改善合金组织 ;( 7 )半固态压铸件 含气量少,可进行热处理和组焊 ,提高 了力学性 能, 扩大了应用范围。半固态压铸
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