压铸工艺及模具设计第章

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2.1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。

2.2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2.2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。2.2.1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。2.2.2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。2.2.2锌合金2.2.3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。2.2.3铝铝合合金金在高高硅硅铝铝合合金金中中，，铜铜含含量量以以0.8%为为界界限限。。当当含含量量低低于于0.8%时时，，能能提提高高合合金金的的强强度度和和硬硬度度以以及及弹弹性性极极限限；；当当含含量量超超过过0.8%时时则则起起着着相相反反的的作作用用。。含含硅硅量量7%以以下下的的铝铝硅硅合合金金中中加加入入1%～～2%的的铜铜可可提提高高铸铸件件的的表表面面光光洁洁度度。。(3)镁镁。。在在共共晶晶温温度度(449℃℃)下下镁镁在在铝铝中中的的溶溶解解度度可可达达17.4%。。镁镁含含量量高高的的铝铝合合金金是是一一种种坚坚固固的的工工业业铝铝合合金金，，具具有有良良好好的的加加工工性性能能。。含含镁镁8%的的铝铝合合金金，，具具有有优优良良的的耐耐蚀蚀性性，，但但是是铝铝镁镁合合金金的的铸铸造造性性能能很很差差，，在在高高温温下下的的强强度度和和塑塑性性都都较较低低，，冷冷却却时时的的收收缩缩也也大大，，故故容容易易产产生生热热裂裂和和形形成成疏疏松松。。此此外外，，镁镁的的存存在在会会增增加加合合金金在在熔熔炼炼和和保保温温过过程程中中的的氧氧化化倾倾向向。。在高硅铝合合金中加入入少量(0.2%～～0.3%)的镁可可提高合金金的强度极极限、弹性性极限、疲疲劳极限及及硬度，而而其塑性降降低不多。。(4)锌锌。铝合金金中的锌能能提高合金金的流动性性，但在高高硅铝合金金中，锌使使合金的热热裂倾向增增加，而耐耐蚀性有所所降低，故故应严格控控制锌含量量不超出规规定的范围围。可是锌锌含量很高高的铝锌合合金(含锌锌量为9%～13%)却具有有较好的铸铸造成型性性能和力学学性能，其其切削性能能也比较好好。(5)铁铁。铝合金金中含有少少量的杂质质铁(0.6%～1.4%)能削弱铝铝和铁的亲亲合力，从从而降低铝铝合金在压压铸过程中中的粘模倾倾向。从这这一角度来来说，杂质质铁的存在在对压铸生生产是有利利的，所以以铝合金在在采用砂型型铸造工艺艺时铁含量量不允许超超过1%，，而使用压压铸工艺时时允许铁含含量控制在在1.5%以内。但但是铝合金金中铁含量量不能太高高，因为铝铝和铁会生生成FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe等片片状或针状状组织存在在于合金中中，降低了了力学性能能，特别是是冲击韧性性和塑性。。承受较大大动载荷的的零件铁含含量应控制制在1%以以内。(6)锰锰。铝合金金中锰的存存在能减少少铁的有害害影响，锰锰含量在0.4%以以下时还能能增加塑性性，因为锰锰能使合金金中铁的片片状或针状状晶体组织织变为细密密的晶体形形状，故一一般铝合金金中允许锰锰含量不超超过0.5%。合金金中锰含量量高时会引引起偏析。。压铸铝合金金的牌号、、化学成分分、力学性性能及用途途见表2.2。2.2.4镁合合金镁合金的比比重是各种种压铸合金金中最小的的(仅为1.76～～1.83g/cm3)，是是铝合金的的2/3左左右。镁合合金的强度度高，屈服服极限低于于铝合金，，承受载荷荷的能力稍稍差。但在在承受冲击击载荷时有有较大的冲冲击韧性。。镁合金在在常温和低低温下(-196℃℃)都有良良好的力学学性能。镁镁合金与铁铁的亲合力力小，故发发生粘模现现象较少，，模具寿命命长。铸件件尺寸稳定定，且有良良好的切削削加工性能能。镁是一一种非常活活泼的元素素，易燃烧烧，镁合金金在熔炼和和压铸过程程中易被氧氧化，给生生产带来较较大的困难难，并且镁镁合金压铸铸件易产生生缩松和热热裂缺陷，，抗蚀性能能较低。由于镁合金金有以上的的特点，故故常用于重重量要求轻轻，但又有有一定强度度的零件。。如航空工工业、汽车车发动机零零部件、室室外移动设设备的零部部件以及在在低温下工工作的零件件。当前我国用用于压铸的的镁合金只只有5号铸铸造用镁合合金，其化化学成分及及力学性能能见表2.3。2.2.4镁合合金2.2.5铜合合金铜合金作为为一种压铸铸用的金属属材料力学学性能远远远超过锌合合金、铝合合金和镁合合金。另外外，铜合金金抗蚀性能能好、耐磨磨性好、疲疲劳极限和和导热性都都很高，线线膨胀系数数也较小，，故用于制制造耐磨和和工作温度度变化时要要求尺寸稳稳定的零件件。铜合金金的导电性性能很好，，并且具有有抗磁性能能，常用来来制造不允允许受磁场场干扰的仪仪器仪表零零件。铜合金的熔熔点较高，，会较快地地使模具由由于热疲劳劳而降低寿寿命，而且且铜合金的的熔炼与保保温不能使使用铝合金金压铸时常常用的电阻阻保温炉。。常用于压压铸生产的的铜合金主主要是铸造造黄铜，它它们的化学学成分及力力学性能见见表2.4。2.2.5铜合合金思考