第二章 压铸合金

1、1第二章第二章 压铸合金压铸合金 掌握压铸合金的基本要求； 掌握常用压铸合金的特点，了解其用途； 了解压铸铝合金中添加成分与杂质的影响； 掌握压铸合金与压铸机的对应选择关系； 了解压铸合金的熔炼。2 第一节 压铸合金的要求和种类 第二节 常用压铸合金 第三节 压铸合金的选择 第四节 压铸合金的熔炼31)良好的流动性；2)热裂倾向和线收缩率小，避免压铸时产生热裂；3)共晶成分合金或结晶温度范围小的合金，防止产生缩孔和缩松，以获得质量良好的铸件；基本要求第一节 压铸合金的要求和种类4 4)一定的高温强度； 5)在常温下有较高强度； 6)熔点较低，有利于延长压铸模使用寿命，减少粘模和相互合金化； 7

2、)良好的加工性能和一定的抗蚀性。5种类铸造铁合金非铁合金铸铁类铸钢类灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁碳钢不锈钢合金钢熔点高、易氧化和开裂，且模具寿命低，因此铁合金铸件的压铸生产还不普遍低熔点合金高熔点合金铅合金锡合金锌合金铝合金镁合金铜合金非铁合金压铸件中铝、锌、镁、铜合金应用广泛，镁合金呈增长趋势非铁合金压铸件中铝、锌、镁、铜合金应用广泛，镁合金呈增长趋势6第二节第二节 常用压铸合金常用压铸合金5.良好的压铸性能，较好的表面粗糙度及较小的热裂性；良好的压铸性能，较好的表面粗糙度及较小的热裂性；1.密度较小，比强度高；密度较小，比强度高；2.力学性能好，尤其是冲击韧性也很好；力学性能好，尤其是冲击韧性也

3、很好；3.较好的导热性和导电性，机械切削性能良好；较好的导热性和导电性，机械切削性能良好；7.铝合金和铁有很强的亲和力，易粘模。铝合金和铁有很强的亲和力，易粘模。一、压铸铝合金一、压铸铝合金特点特点4.耐磨耐蚀性良好；耐磨耐蚀性良好；6.体收缩率大，易产生缩孔；体收缩率大，易产生缩孔；铝合金应在冷压室压铸机上铝合金应在冷压室压铸机上压铸压铸7表1 压铸铝合金的化学成分和力学性能8压铸铝合金中其他主要元素的作用压铸铝合金中其他主要元素的作用 1.硅（硅（Si） 改善合金流动性，抑止高温脆性，降低收缩改善合金流动性，抑止高温脆性，降低收缩率和热裂倾向；率和热裂倾向； 含量愈高，降低可加工性。含量愈

4、高，降低可加工性。9 2.铜（铜（Cu） 提高流动性；提高流动性； 提高抗拉强度；提高抗拉强度； 提高硬度；提高硬度； 改善切削性能；改善切削性能； 减少粘模倾向；减少粘模倾向； 降低合金伸长率；降低合金伸长率； 降低耐蚀性；降低耐蚀性； 增大热裂倾向。增大热裂倾向。 通常压铸不采用通常压铸不采用Al-Cu合金，而用合金，而用Al-Si-Cu合金合金10 3.镁（镁（Mg） 改善流动性；改善流动性； 减少粘模倾向；减少粘模倾向； 高硅铝合金中，可以提高强度极限、弹性高硅铝合金中，可以提高强度极限、弹性 极限、疲劳极限及硬度；极限、疲劳极限及硬度； 增大收缩率；增大收缩率； 对于对于Al-Si-

5、Cu合金，会产生低温脆性；合金，会产生低温脆性； 含镁高的铝合金有优良的耐蚀性，但易产生热裂含镁高的铝合金有优良的耐蚀性，但易产生热裂和疏松。和疏松。11 4.锌（锌（Zn） 提高流动性；提高流动性； 对含铜和硅的铝合金，添加质量分数少于对含铜和硅的铝合金，添加质量分数少于3.0%的的锌，有助于改善力学性能；锌，有助于改善力学性能； 含锌很高的含锌很高的Al-Zn合金具有较好的铸造性能和力学合金具有较好的铸造性能和力学性能，切削性能也较好；性能，切削性能也较好； 在高硅铝合金中，锌使合金的热裂倾向增加，耐在高硅铝合金中，锌使合金的热裂倾向增加，耐蚀性能降低。蚀性能降低。12 Al-Si合金特点

6、：特点： 结晶温度间隔小、合金中硅相有很大的凝固潜热和较大的比结晶温度间隔小、合金中硅相有很大的凝固潜热和较大的比热容、线收缩系数较小热容、线收缩系数较小,铸造性能较好；铸造性能较好； 充型能力较好；充型能力较好； 热裂、缩松倾向较小；热裂、缩松倾向较小； 有良好的塑性。有良好的塑性。Al-Si合金是目前应用最为广泛的压铸铝合金合金是目前应用最为广泛的压铸铝合金 强度较低；强度较低； 切削性能差；切削性能差； 螺纹孔加工困难；螺纹孔加工困难； 阳极氧化处理不理想。阳极氧化处理不理想。近年来我国正在向国际上高强度的近年来我国正在向国际上高强度的Al-Si-Cu合金标准靠拢合金标准靠拢YL102合

7、金合金(YZAlSi12)用于各种仪表的框架、壳体、基座等。用于各种仪表的框架、壳体、基座等。13Al-Mg合金合金特点：特点： 室温力学性能好；室温力学性能好； 抗蚀性强；抗蚀性强； 铸造性能比较差；铸造性能比较差； 力学性能的波动和壁厚效应较大；力学性能的波动和壁厚效应较大； 长期使用，使合金塑性下降，甚至压铸件出现开裂；长期使用，使合金塑性下降，甚至压铸件出现开裂； 压铸件产生应力腐蚀裂纹倾向较大。压铸件产生应力腐蚀裂纹倾向较大。Al-Mg合金应用受到限制合金应用受到限制ZL301合金合金(ZAlMg10)用于发动机的机匣、飞机起落架零件、船用舷窗等。用于发动机的机匣、飞机起落架零件、船

8、用舷窗等。14Al-Zn合金合金特点：特点： 合金压铸件经自然时效后，有较高的力学合金压铸件经自然时效后，有较高的力学性能，当性能，当Zn的质量分数大于的质量分数大于10%时，强度显时，强度显著提高；著提高； 耐蚀性差，有应力腐蚀的倾向；耐蚀性差，有应力腐蚀的倾向； 压铸时易热裂。压铸时易热裂。 Y401合金合金(YZAlZn11Si7)用于模具、模板及某些设备支架等。用于模具、模板及某些设备支架等。15特殊性能的压铸铝合金特殊性能的压铸铝合金 装饰型装饰型Al-Mn合金：合金： 伸长率高；具有相当的耐蚀性；伸长率高；具有相当的耐蚀性； 但强度不高，收缩率大，易粘模；但强度不高，收缩率大，易粘

9、模； 适应于阳极氧化处理和着色处理。适应于阳极氧化处理和着色处理。 热处理型热处理型Al-Si-Cu合金：合金： 可进行淬火后不完全人工时效和淬火后完全人工时可进行淬火后不完全人工时效和淬火后完全人工时效至最大硬度。效至最大硬度。 表面处理和热处理复合型表面处理和热处理复合型Al-Mg-Zn合金合金 耐磨型过共晶耐磨型过共晶Al-Si合金合金 防爆防振型防爆防振型Al-Zn合金合金161.压铸性能好，结晶温度范围小，易于成型，不易粘模；压铸性能好，结晶温度范围小，易于成型，不易粘模；2.浇注温度低，模具使用寿命较长；浇注温度低，模具使用寿命较长；3.铸件精度较高；铸件精度较高；4.力学性能较高

10、，特别是抗压和耐磨性能很好；力学性能较高，特别是抗压和耐磨性能很好；5.能很好地接受各种表面处理，尤其是电镀；能很好地接受各种表面处理，尤其是电镀；7.易易老化老化，工作温度范围较窄。，工作温度范围较窄。二、压铸锌合金二、压铸锌合金6.对压室和压铸模成型零件无腐蚀作用；对压室和压铸模成型零件无腐蚀作用；特点特点17 锌合金在汽车、拖拉机制造和仪表壳体制造中应用广泛。锌合金在汽车、拖拉机制造和仪表壳体制造中应用广泛。 锌合金锌合金主要使用高速热压室压铸机压铸主要使用高速热压室压铸机压铸，金属比压小于，金属比压小于30MPa，压铸机锁模力从数十千牛至数千千牛，小压铸机的，压铸机锁模力从数十千牛至数

11、千千牛，小压铸机的生产率常达生产率常达2000次次h，而最大压铸机的生产率也常大于，而最大压铸机的生产率也常大于200次次h，多数锌铸件重量小于，多数锌铸件重量小于200g。目前热压室压铸机的全。目前热压室压铸机的全自动化问题已经成功解决，许多锌铸件可在全自动压铸机上自动化问题已经成功解决，许多锌铸件可在全自动压铸机上生产。生产。18表2 压铸锌合金的化学成分和力学性能19 铝铝 改善锌合金的铸造性能，增加金属液的流动性；改善锌合金的铸造性能，增加金属液的流动性； 减少熔融的锌元素对钢铁的侵蚀作用；减少熔融的锌元素对钢铁的侵蚀作用； 铝的含量在铝的含量在3.54.3范围内，能起细化晶粒、引起固

12、范围内，能起细化晶粒、引起固溶强化、提高力学性能的作用；随铝含量的提高，锌合金溶强化、提高力学性能的作用；随铝含量的提高，锌合金的强度及耐冲击性显著提高，当超过这个范围时，合金变的强度及耐冲击性显著提高，当超过这个范围时，合金变脆，冲击韧性降低；小于脆，冲击韧性降低；小于3.5时，降低锌合金的填充能时，降低锌合金的填充能力，力学性能降低，增加了锌合金的热裂性和收缩量。力，力学性能降低，增加了锌合金的热裂性和收缩量。压铸锌合金中其他主要元素的作用压铸锌合金中其他主要元素的作用20三、压铸铜合金三、压铸铜合金 1.力学性能高；力学性能高；2.良好的耐蚀、耐磨性能，疲劳极限和导热性高，良好的耐蚀、耐

13、磨性能，疲劳极限和导热性高，线膨胀系数小；线膨胀系数小；3.导电性能好，且具有抗磁性能；导电性能好，且具有抗磁性能；4.熔点高，模具使用寿命短。熔点高，模具使用寿命短。主要为主要为压铸黄铜合金压铸黄铜合金特点特点21 黄铜压铸使用黄铜压铸使用冷压室压铸机冷压室压铸机，压铸机的合模，压铸机的合模力为力为6004000kN，压射比压大于，压射比压大于30MPa，生产率与生产同等大小的铝压铸件时相似。生产率与生产同等大小的铝压铸件时相似。22表3 压铸铜合金的化学成分和力学性能23 压铸铜合金均以铜为基体，加入适量的铅、硅、压铸铜合金均以铜为基体，加入适量的铅、硅、铝、锰，组成铝、锰，组成铅黄铜合金

14、、硅黄铜合金、铝黄铜铅黄铜合金、硅黄铜合金、铝黄铜合金和锰黄铜合金合金和锰黄铜合金。最常用的是。最常用的是YT40-1和和YT16-4。 铅黄铜合金铅黄铜合金YZCuZn40Pb中的中的锌锌： 降低合金的熔点，提高了流动性，有较好的压铸性能，适量降低合金的熔点，提高了流动性，有较好的压铸性能，适量的锌可提高合金的综合力学性能，但当锌的含量过多时，内的锌可提高合金的综合力学性能，但当锌的含量过多时，内部会出现脆性组织，引起塑性下降。部会出现脆性组织，引起塑性下降。 铝铝：脱氧；防止和减少锌的蒸发作用。：脱氧；防止和减少锌的蒸发作用。 它所产生的氧化铝膜，使合金在坩锅中不产生渣滓，压铸件它所产生的

15、氧化铝膜，使合金在坩锅中不产生渣滓，压铸件表面上的氧化铝层还有助压铸件的脱模。表面上的氧化铝层还有助压铸件的脱模。 铅黄铜合金加工性能较好，成本较低，多用于化工、铅黄铜合金加工性能较好，成本较低，多用于化工、造船的零件和耐磨的零件。造船的零件和耐磨的零件。24 硅黄铜合金硅黄铜合金YZCuZn16Si4具有良好的压铸填充性能，可压铸具有良好的压铸填充性能，可压铸壁薄的压铸件，且可获得密实而光洁的压铸件表面。壁薄的压铸件，且可获得密实而光洁的压铸件表面。 硅硅的含量不超过的含量不超过5，它对合金组织的影响较大，含硅量过高时，会增加它对合金组织的影响较大，含硅量过高时，会增加合金的脆性；一定含量的

16、合金的脆性；一定含量的铁铁可改善合金的力学性能；微量的可改善合金的力学性能；微量的铅铅能提高合能提高合金的耐磨性。金的耐磨性。可用作复杂的船用泵壳、叶轮、水泵活塞、阀体等耐水压零件。可用作复杂的船用泵壳、叶轮、水泵活塞、阀体等耐水压零件。 在铜合金中加入在铜合金中加入锰锰可以提高压铸件的抗腐蚀性，可以提高压铸件的抗腐蚀性，大部分黄铜压铸件大部分黄铜压铸件做成管接头类的零件，用于水暖配件，做成管接头类的零件，用于水暖配件，并以铸造状态使用或表面并以铸造状态使用或表面镀铬，这类零件在水中使用，必须考虑抗腐蚀性的问题。一般采用严格镀铬，这类零件在水中使用，必须考虑抗腐蚀性的问题。一般采用严格控制合金

17、中的锌含量、对压铸件进行低温热处理、加入锰镍锡等合金元控制合金中的锌含量、对压铸件进行低温热处理、加入锰镍锡等合金元素的办法。素的办法。25四、压铸镁合金四、压铸镁合金2.熔点低，低温变形小，尺寸精度高，利于一次开模成形；熔点低，低温变形小，尺寸精度高，利于一次开模成形；1.密度小密度小,比强度高；比强度高；3.与铁的亲和力小，粘模现象小；与铁的亲和力小，粘模现象小；4.良好的流动性能，利于复杂件和细小件的生产；良好的流动性能，利于复杂件和细小件的生产；5.切削加工性好；切削加工性好；8.抗蚀性差，易氧化燃烧，铸造热裂倾向大。抗蚀性差，易氧化燃烧，铸造热裂倾向大。特点特点6.对声音和振动具有良

18、好的消减性能；对声音和振动具有良好的消减性能；7.电磁屏蔽性好；电磁屏蔽性好；26 常用于既要求轻便，又要求有一定机械强度的场合。常用于既要求轻便，又要求有一定机械强度的场合。可用作可用作手提锯、割草机外壳、冷却用风扇外壳、汽车发动机零部件、手提锯、割草机外壳、冷却用风扇外壳、汽车发动机零部件、照相机、放映机和纺织机械、飞机起落架、轮毂等。照相机、放映机和纺织机械、飞机起落架、轮毂等。 镁在热压室和冷压室压铸机上均可压铸。镁在热压室和冷压室压铸机上均可压铸。一般，小铸件采用一般，小铸件采用热室压铸，大件采用冷室压铸。热室压铸，大件采用冷室压铸。金属比压和生产率与铝合金金属比压和生产率与铝合金压

19、铸相似，合模力为压铸相似，合模力为6008000kN。27表4 压铸镁合金的化学成分和力学性能28压铸镁合金中其他主要元素的作用压铸镁合金中其他主要元素的作用铝铝铝的含量较大，约为铝的含量较大，约为7.59 铝与镁组成固溶体和共晶体，可提高合金的流动性；铝与镁组成固溶体和共晶体，可提高合金的流动性； 铝是镁合金中最好的强固剂，故能提高合金的强度和硬度，铝是镁合金中最好的强固剂，故能提高合金的强度和硬度，但降低其耐蚀性能。但降低其耐蚀性能。29五、铅合金和锡合金五、铅合金和锡合金 铅合金和锡合金是压铸生产中首先使用的合金，用铅合金和锡合金是压铸生产中首先使用的合金，用来制造印刷铅字，由于其铸件的

20、密度高、熔点低以来制造印刷铅字，由于其铸件的密度高、熔点低以及用途特殊等，所以不是压铸研究和发展的主流。及用途特殊等，所以不是压铸研究和发展的主流。这些合金的用途非常单一，和其它合金相比，不太这些合金的用途非常单一，和其它合金相比，不太引人注意。引人注意。 30 目前，在目前，在专门的高速压铸机专门的高速压铸机(热压室热压室)上仍在继续进上仍在继续进行印刷铅字的小规模生产，行印刷铅字的小规模生产，但由于其力学性能不高，但由于其力学性能不高，这类合金的年产量很低。这类合金的年产量很低。 这类合金的密度大，抗腐蚀性好，因此常用来制造这类合金的密度大，抗腐蚀性好，因此常用来制造汽车平衡重块或蓄电池电

21、极；用加有锑和铜的锡基汽车平衡重块或蓄电池电极；用加有锑和铜的锡基合金能制造出精度很高的压铸件，这种特性使它成合金能制造出精度很高的压铸件，这种特性使它成为制造煤气表和水表中数码齿轮的理想材料，而且为制造煤气表和水表中数码齿轮的理想材料，而且在制造复杂的电气仪表小零件方面也得到应用。在制造复杂的电气仪表小零件方面也得到应用。 31第三节第三节 压铸合金的选择压铸合金的选择选择压铸合金时，应从选择压铸合金时，应从使用性能使用性能和和工艺性能工艺性能两个方面来考虑，在两个方面来考虑，在满足使用性能的前提下，尽可能选择工艺性能良好的合金。满足使用性能的前提下，尽可能选择工艺性能良好的合金。性能类别性

22、能类别项目项目内容内容使用性能使用性能力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能抗拉强度、伸长率、硬度抗拉强度、伸长率、硬度密度、熔点、凝固点、线胀系数、比热容、热导率密度、熔点、凝固点、线胀系数、比热容、热导率耐蚀性耐蚀性工艺性能工艺性能铸造工艺性能铸造工艺性能切削加工性能切削加工性能焊接性能焊接性能热处理性能热处理性能流动性、抗热裂性、模具粘附性流动性、抗热裂性、模具粘附性32铸造工艺性能Zn合金Al合金Mg合金流动性152裂纹倾向123体收缩率142粘模倾向131注： 1表示最好，5表示最差33应考虑的因素：应考虑的因素：压铸件的受力状态；压铸件的受力状态；压铸件的工作环境状态；压

23、铸件的工作环境状态；压铸件在整机或部件中所处的工作条件；压铸件在整机或部件中所处的工作条件；对压铸件的尺寸和重量所提出的要求；对压铸件的尺寸和重量所提出的要求；生产条件；生产条件；经济性。经济性。工作温度工作温度接触的介质接触的介质密闭性要求密闭性要求熔化设备熔化设备压铸机压铸机工艺装置及材料工艺装置及材料34第四节第四节 压铸合金的熔炼压铸合金的熔炼 1.熔炉熔炉熔化炉熔化炉保温炉保温炉以坩锅炉为主以坩锅炉为主燃料炉燃料炉电炉电炉常用坩锅材料：常用坩锅材料：石墨石墨金属金属 熔炼锌、铝、铜合金熔炼锌、铝、铜合金 熔炼锌、铝、镁合金熔炼锌、铝、镁合金 铜合金铜合金352.2.炉料炉料 新金属合

24、金料、中间合金、回炉料新金属合金料、中间合金、回炉料熔炉、熔炼工具、熔剂及炉料等的准备熔炉、熔炼工具、熔剂及炉料等的准备3.熔炼前的准备工作熔炼前的准备工作364.压铸压铸合金的熔炼工艺特点合金的熔炼工艺特点铝合金铝合金的熔炼工艺特点：的熔炼工艺特点： 当用金属锭及中间合金熔炼时，首先是当用金属锭及中间合金熔炼时，首先是装入装入金属锭，再装入金属锭，再装入中间合金。当用预制合金锭、回炉料熔化时，则先装入此类中间合金。当用预制合金锭、回炉料熔化时，则先装入此类炉料炉料，再装入为调整化学成分所需加入的金属锭或中间合金；，再装入为调整化学成分所需加入的金属锭或中间合金；对于易于损耗、熔点低的炉料，应

25、该在熔炼末期加入，如镁对于易于损耗、熔点低的炉料，应该在熔炼末期加入，如镁和锌，他们是在其他炉料熔化完后，于和锌，他们是在其他炉料熔化完后，于690700加入；加入； 炉料装入后，即开始了各种炉料的炉料装入后，即开始了各种炉料的熔化熔化过程，应尽量缩短熔过程，应尽量缩短熔炼时间，严格控制炉温。压铸用铝合金应在熔剂的保护下进炼时间，严格控制炉温。压铸用铝合金应在熔剂的保护下进行熔炼和保温；行熔炼和保温； 铝合金熔炼过程中要进行铝合金熔炼过程中要进行精炼精炼，目前广泛使用精炼剂。，目前广泛使用精炼剂。37锌合金锌合金的熔炼工艺特点：的熔炼工艺特点： 为防老化，除了选用高纯度的新材料外，还应严格控制熔炼为防老化，除了选用高纯度的新材料外，还应严格控制熔炼过程，防止有害杂物混入；混杂在回炉料中的铁及其他杂质过程，防止有害杂物混入；混杂在回炉料中的铁及其他杂质要清除掉；要清除掉； 锌的沸点低，易蒸发易氧化，应严格控制熔炼温度，一般为锌的沸点低，易蒸发易氧化，应严格控制熔炼温度，一般为440480