《金属压铸工艺与模具设计》第2章：压铸合金

1、（时间：1次课，2学时）n压铸合金、压铸模、压铸机是压铸生产的压铸合金、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、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。压铸工艺性良好的合金。 n2.1 压铸合金性能要求压铸合金性能要求 n2.2 压压 铸铸 合合 金金 n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

2、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。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：有以下性能：n(1)结晶温度范围小，以防止压铸件产生缩孔和缩松缺陷。结晶温度范围小，以防

3、止压铸件产生缩孔和缩松缺陷。n(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。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。n(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。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。n(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。开裂。n(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。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。n(6)

4、具有良好的加工性能和一定的抗蚀性能。具有良好的加工性能和一定的抗蚀性能。n(7)成型过程中与型壁产生物理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。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。n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

5、件。采用压铸生产工艺来生产黑色金属铸件。n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。金，后者有铅合金、锡合金和锌合金。 u2.2.1 铅合金和锡合金铅合金和锡合金 u2.2.2 锌合金锌合金 u2.2.3 铝合金铝合金 u2.2.4 镁合金镁合金 u2.2.5 铜合金铜合金 n常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁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。和铜合金。铅、锡合金仅用于少数场合。 n铅合金和锡合金

6、是压铸生产中最早使用的合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。各种复杂的小零件，目前很少使用。n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：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；铸造熔点低，熔炼、保温均比较容易；对模具热损害小，模具寿命

7、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，也就是出现寸变化，严重时铸件会完全碎裂，也就是出现“老化老化”现象

8、。现象。n压铸锌合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表压铸锌合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表2.1。n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。占据极重要的地位，其用量远远超过其他压铸合金。n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

9、很牢固的氧化膜，致密而坚固，保护下面的铝不被继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。处形成大的集中缩孔。n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。模，但因它的导电性好

10、，所以在生产电动机的转子时使用。n铝合金中主要合金元素及杂质对其性能影响如下：铝合金中主要合金元素及杂质对其性能影响如下：n(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时溶解度为时溶解度为1.65%，而室温时仅为，而室温时仅为0.2%。在硅含量增加到。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，提高时，硅与其在

11、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。重和膨胀系数小。硅能提高铝锌系合金的抗蚀性能。n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，给切削离硅就越多。游离硅的硬度很高，由它们所

12、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，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。降低合金的力学性能，为此需要进行变质处理。 n(2)铜。铜和铝组成固溶体，当温度为铜。铜和铝组成固溶体，当温度为548时，铜在铝中的溶解度为时，铜在铝中的溶解度为5.65%，室温时降至，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。左右。铜含量的增加可提高合金的流动

13、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。压铸通常不用铝铜合金，而用铝硅铜合金。n在高硅铝合金中，铜含量以在高硅铝合金中，铜含量以0.8%为界限。当含量低于为界限。当含量低于0.8%时，能提高合金的强度和硬度以及弹性极时，能提高合金的强度和硬度以及弹性极限；当含量超过限；当含量超过0.8%时则起着相反的作用。含硅量时则起着相反的作用。含硅量7%以下的铝硅合金中加入以下的铝硅合金中加入1%2%的铜可提高的铜可提高铸件的表面光洁度。铸件的表面光洁度。n(3)镁。在共晶温度镁。在共晶温度(449)下镁在铝中的溶解度可达下镁在铝中的溶解度可达17.4

14、%。镁含量高的铝合金是一种坚固的工。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。存在会增加合金在熔炼和保温过程中的氧化倾向。n在高硅铝合金中加入少量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

15、限、疲劳极限及硬度，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。而其塑性降低不多。n(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。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。n(5)铁。铝合金中含有少量的

16、杂质铁铁。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，而使用压铸工艺时允许铁含量控制在1.5%以内。但是铝合金中铁以内。但是铝合金中铁含量不能太高，因为铝和铁会生成含量不能太高，因为铝和铁会生成FeAl3、Fe2Al7和和Al-Si-Fe等片状或针状组

17、织存在于合金中，降低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。以内。n(6)锰。铝合金中锰的存在能减少铁的有害影响，锰含量在锰。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。合金中锰含量高时会引起偏析。

18、n压铸铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表压铸铝合金的牌号、化学成分、力学性能及用途见表2.2。 n镁合金的比重是各种压铸合金中最小的镁合金的比重是各种压铸合金中最小的(仅为仅为1.761.83g/cm3)，是，是铝合金的铝合金的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，

19、模具寿命长。铸件尺寸稳定，且有良好的切削加工性能。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，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。抗蚀性能较低。n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。温下工作的零件。n当前我