压铸模具设计之常用压铸合金的性能与熔炼

压铸模具设计电子工业出版社第2章压铸合金早期的压铸件是用铅、锡、锑等低熔点合金制造的，但应用于机械制造领域，这些合金并不是很理想的结构材料。要获得优质压铸件，除了要有合理的零件结构，完善的压铸模具和性能良好的压铸机外，还需要充分考虑压铸合金的使用性能、工艺性能、生产条件和经济性等多种因素。目前常用的压铸合金是铝合金、锌合金、镁合金和铜合金，铅、锡合金现在仅用于个别场合。近年来，黑色金属压铸特别是不锈钢的压铸已有一定的进展，但仍处于初始阶段，目前仅有很少量的应用。第2章压铸合金2.1压铸用合金性能2.2常用压铸合金2.3压铸合金的熔炼第2章压铸合金2.1压铸用合金性能1．具有足够的高温强度和可塑性，热脆性要小2．结晶温度范围小，流动性好，产生气孔、缩松的倾向小3．尽可能小的收缩率，产生热裂、冷裂和变形的倾向小第2章压铸合金2.2常用压铸合金2.2.1压铸锌合金1．压铸锌合金的特点锌合金的压铸性能很好，具有结晶温度范围小、不易产生疏松，填充成形容易，浇注温度较低，模具的使用寿命较长，不易粘附模具型壁和铸件精度较高等特点。同时，机械性能优良，特别是抗压和耐磨性都很好。此外，锌合金铸件能够很好地进行各种表面处理，尤其是电镀，故在压铸发展史中，锌合金压铸占有相当重要的地位。第2章压铸合金但锌合金存在着严重的缺点，首先是老化现象，它是锌合金应用范围受到限制的主要原因。尺寸变化也是锌合金压铸件的重要问题。锌合金的工作温度范围较窄，温度低于零下10℃时，其冲击韧性急剧降低；温度升高时，机械性能下降，且易发生蠕变。第2章压铸合金2．压铸锌合金标准第2章压铸合金3.压铸锌合金中各种元素的作用（1）铝铝含量一般在3.5～4.5％范围内。铝可以减少熔融的锌对黑色金属的侵蚀，当在这个含量范围内时，铁在430℃仍不溶于锌溶液中。同时，铝又能细化晶粒、强化合金，随着铝含量的提高，合金的强度及冲击韧性均有显著提高。但当铝含量超过4.5％时，对机械性能的改善不再有显著的作用，冲击韧性却反而降低很多。铝含量大于5％时，合金变脆；而小于3.5％时，则填充性能和机械性能均有所降低，增加了热裂性和收缩量。（2）铜加入铜这一元素，能显著地遏止晶间腐蚀，并且合金的强度和硬度都有所提高。当铜的含量超过1.5％时，其抗蚀性就不再继续提高。铜含量达到4％以上时，冲击强度将降低。（3）镁镁的含量很少，但对晶间腐蚀现象有显著地降低。其含量至少为0.03％，一般以0.04％为宜。但当铅、锡、镉等杂质含量较多时，镁的作用不太显著。镁含量超过0.08％时，会使合金有热脆性，并降低冲击强度和填充性能。此外，镁还略有细化晶粒和提高硬度的作用。（4）铅、锡、镉等杂质这些杂质除了引起晶间腐蚀现象之外，微量的锡、镉的存在，还会显著增加合金的热裂性。（5）铁、硅等杂质铁杂质会产生硬质的铁铝化合物。铁含量过多时，对机械加工性能、电镀前的抛光和填充性能都有影响。硅杂质是随着铝的加入而带入的，硅不溶解于锌中，而以结晶硅出现。故硅含量即使很少，对机械加工性能也是不利的。第2章压铸合金2.2.2压铸铝合金1．压铸铝合金的特点铝合金具有良好的压铸性能，密度比锌合金小；比强度大；相对单位刚性值高；高温机械性能也很好，在低温下工作时，同样保持良好的机械性能（尤其是韧性）。铝的表面有一层与铝结合得很牢的致密的氧化膜，故大部分铝合金在淡水、浓硝酸、硝酸盐、汽油及各种有机物中均有良好的耐蚀性。氧化铝膜的化学稳定性及熔点都很高，故在高温工作时，仍有良好的抗蚀性和抗氧化性能。铝合金的导电性和导热性都很好，并且还具有良好切削性能。铝有较大的比热和凝固潜热，大部分的铸铝合金均有较小的结晶温度间隔，组织中亦常含有相当数量的共晶体，其线收缩较小，故具有良好的填充性能、较小的热裂倾向。但铸铝合金仍有相当大的体收缩值，易在最后凝固处生成大的集中缩孔。铝合金和铁有很强的亲和力，易粘模，宜在冷室压铸机上压铸。铝合金在许多方面特别是使用性能方面比锌合金优越。因此，铝合金的压铸发展极迅速，在各个工业部门中得到广泛的应用，用量远远高于其他有色合金，在压铸生产中占有极其重要的地位。第2章压铸合金2．压铸铝合金标准第2章压铸合金第2章压铸合金3．压铸铝合金中各种元素的作用（1）硅硅是大多数压铸铝合金中的主要组元。硅与铝能组成固溶体，当合金中含硅量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又多时，即出现游离硅的硬质点。硅含量愈高，游离硅愈多，因而增加了切削加工的困难。（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。含铜4～5％的铝合金具有良好的铸造性（仅次于铝硅合金）。增加含铜量时，合金内呈现出共晶体（α+CuAl2)，提高了合金的流动性、抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性和塑性，热裂趋向增大。（3）镁含镁高的铝合金是一种最坚固的工业铸铝合金，具有良好的加工性，其比重在铝合金中也是最小的。（4）锌锌在铝合金中能提高流动性，但在高硅铝合金中，锌使合金的热裂趋向增加，而耐蚀性也有所降低，故应控制锌的含量在规定范围内。只有当合金中铜的含量达到0.8％时，锌的含量才允许有稍微的增加。（5）铁含有少量的铁（0.6～1.4％）对压铸来说是有益的，可以减少合金对模具的粘附。但也不宜过高，降低机械性能，特别是冲击性和塑性，这种组织还会使合金的流动性减低，热裂性增大。（6）锰锰在铝合金中能减少铁的有害影响。锰含量在0.4％以下时，尚能增加塑性。合金中锰含量高时，会引起偏析。（7）锡、铅这两种元素均能改善合金加工性，但会引起严重晶间腐蚀，降低合金的耐蚀性和高温时增加热脆性（当含量为0.5～1％）。第2章压铸合金2.2.3压铸镁合金1．压铸镁合金的特点在各种压铸用的合金中，镁合金的最大优势是密度最小（1.76～1.83g/cm3），只相当于铸铁的25％，铝合金的64％左右，而机械性能又很好。镁合金的强度接近铝合金，其比强度明显高于铝合金和钢，比刚度则与铝合金和钢相当。与工程塑料相比，虽然工程塑料尤其是纤维增强塑料的比强度最高，但其弹性模量很小，比刚度远小于镁合金。因此，承受弯曲载荷的结构件的轻量化，以采用镁合金压铸件更为合适。镁合金的熔点低，低温变形小，在低温下（达-196℃）仍有良好的机械性能，故可制造在低温下工作的零件。镁合金铸件尺寸精度高，与铁的亲和力小，粘模现象少，有利于提高生产率和模具寿命。镁合金良好的流动性利于复杂件和细小件的成型。镁合金在承受冲击载荷时，能吸收较大的冲击能量，对声音和振动具有良好的消减功能。镁合金液易氧化燃烧，铸造时热裂倾向比铝合金大，在熔化、浇注和模温控制等方面都比铝合金压铸复杂。镁合金可用冷室或热室压铸机压铸。一般情况下，小铸件采用热室压铸，大件则采用冷室压铸工艺。第2章压铸合金2．压铸镁合金标准第2章压铸合金第2章压铸合金3．压铸镁合金中各种元素的作用（1）铝压铸用的镁合金中，铝为基本组元。铝与镁组成固溶体，在共晶温度(436℃)时，其溶解度为12.6％。铝还与镁形成Mg3A12、Mg4A13或β(MgAl)和镁的共晶体。铝在合金中能提高强度、硬度，但降低其耐蚀性。由于铝的比重较小，是镁合金的最好强固剂。（2）锰锰在650℃时，在镁中的溶解度为3.4％；温度下降时，溶解度急剧下降，在400℃左右仅0.2％，到200℃时，溶解度为零。锰在合金中大大提高其耐蚀性，而以含锰量为1.35％时的耐蚀性最佳。同时还能中和铁在合金中的有害作用；含锰量不多时(0.5％以下)，能改善合金的机械性能。（3）硅硅几乎不溶于镁，在600℃时，其溶解度不超过0.1％。硅和镁形成熔点为1102℃的化合物Mg2Si，此化合物与镁形成熔点为638℃的共晶体。少量的硅(0.5％)能改善合金流动性和造型性，但降低塑性和耐蚀性(特别是合金中含有铁时)。（4）锌锌与镁形成熔点为341℃的共晶体。在共晶温度时，锌在镁中的溶解度为8.4％。含锌量在0.8％时，能提高合金的流动性和机械性能，同时，还有抑制铁和镍降低合金耐蚀性的作用。但当其含量大于2％时，会引起合金热脆性。（5）铁铁不溶于镁，而存在于晶粒之间。当合金中有锰时，则铁与锰组成化合物沉淀。铁降低合金机械性能和耐蚀性，是极为有害的杂质，应严加控制。第2章压铸合金2.2.4压铸铜合金1．压铸铜合金的特点压铸件具有节约材料的特点，而铜又是一种价格昂贵的金属材料，因此，铜合金压铸件的应用范围正在不断扩大。目前虽然熔点高，模具使用寿命短，但因为铜合金所具有的许多优越性能，所以，铜合金在压铸生产中仍然比较普遍。铜合金的力学性能高，其绝对值超过锌、铝和镁等合金。铜合金在大气中及海水中都有良好的抗蚀性能，并且具有小的摩擦系数，耐磨性也很好，而且疲劳极限和导热性都很高，线膨胀系数也较小，故多用于制造耐磨、导热或受热时希望尺寸增大不多的零件。铜合金的导电性能也很好，并且具有抗磁性能，常用来制造不允许受磁场干扰的仪器上的零件。压铸铜合金时，压铸温度接近或高于1000℃，工作条件极为恶劣，压铸模使用寿命短。如何提高铜合金压铸模使用寿命，是铜合金压铸件应用的关键问题。要提高铜合金压铸模使用寿命，就必须大力发展和选用压铸模新钢种并采用新技术。第2章压铸合金2．压铸铜合金标准

第2章压铸合金第2章压铸合金2.3压铸合金的熔炼2.3.1熔炼设备熔炉压铸生产过程用的熔炉有熔化炉和保温炉。在小量生产和压铸机少的情况下，常常是在保温炉内直接进行熔化，然后精炼使用。压铸合金的熔炉以坩埚炉为主，根据热源的不同可分为燃料炉和电炉。电炉既可用于熔炼，也可用于保温。压铸生产中常用的坩埚材料有石墨和金属两种。在熔炼锌合金、铝合金和铜合金时，均可采用石墨坩埚。石墨坩埚不能用来熔炼镁合金，因为硅元素是所有镁合金都不宜存在的杂质。同样，对含镁量高的铝合金，也不能用石墨坩埚熔化。金属坩埚一般用于锌、铝、镁合金的熔炼。金属坩埚的材料多为铸铁、铸钢和钢板焊接等几种。材料为铸铁的坩埚，耐热性差，容易损坏，但价格低廉，制造容易，生产中广泛使用，熔化锌合金多用铸铁坩埚；熔化铝合金可用普通灰铸铁、耐热铸铁、铸钢或钢板焊接的坩埚；熔化镁合金可用铸钢或低碳钢板焊接的坩埚，但不能用含镍的钢坩埚。除坩埚炉外，在压铸生产中，也采用一些其他形式的电炉，如高频或中频感应电炉、电弧炉。这些炉子多用于铜合金的熔炼。第2章压铸寇合金2.3.服2压铸合金部的熔炼1．锌合金铃的熔炼（1）为了霸防止锌吴合金的蜂“老化摸”，除仗了选用粪高纯度鱼的新材岗料外，奴还应严钱格控制肆熔炼过消程，防恭止有害仇杂物混络入；对荐回炉料拍的成分聪及有害滥杂质应番经化验竹分析，菠确定其远含量后酱才能投走入使用蚂，混杂层在回炉戚料中的宪铁及其闯他杂质栗要清除帖掉。（2）锌的沸帜点低，易弱蒸发，易奏氧化。锌量过热时，时对组织和咬力学性能腾均有影响外，故要严童格控制熔挂炼温度，寺一般为440邻~48拴0℃范围内挤，并且步还应加杯有覆盖确剂。（3）先加商入熔点木较高的验铝锭、悉铝铜中好间合金覆，然后置加人回晒炉料和肾锌，并宴撒上一担层20mm厚覆盖剂呀，最后用吵钟罩压入药镁锭，除安去覆盖层男，用占料稳重0.25％～0.3％的精怪炼剂精狗炼，除车渣后浇离成铸锭君或转保信温炉待矿用。第2章压辛铸合金2．铝合件金的熔矩炼（1）当用餐金属锭匹及中间咐合金熔扎炼时，帐首先是希装入金狐属锭，破然后再淋装入中摧间合金被。当用庸预制合柴金锭、仇回炉料阁熔化时匙，则首萝先是装衔入此类糊炉料，闯然后再单装入为筒调整化午学成分姐所需加滨入的金乏属锭或迁中间合榆金；对域于一些扰易于损谢耗、熔扰点低的持炉料，麻应该在鸟熔炼末钻期加入宗，如镁壶和锌，咽它们是雹在其他杏炉料熔贪化完以迎后，于姑温度达脏到690～700℃时加入。（2）炉料评装入后希，即开欲始了各删种炉料止的熔化羡过程，然在这个缴过程中殿应尽量佣缩短熔农炼时间币，并严切格控制研炉温，失以防止怕合金液既过热，服因为熔昨炼时间萌越长，末合金液体过热度楚越高，斧合金液惜吸气和店氧化将狂加剧。起特别是常采用坩务埚炉熔逝炼或保弯温更应窜注意。剩压铸用膝铝合金服要在熔饮剂的保骡护下进读行熔炼蜡和保温且，以防责合金液阵吸气和世产生氧树化夹杂仍物。（3）为了句除去合暗金液中膜的气体拼和氧化档夹杂物们，铝合渗金熔炼盛过程中朗要进行设精炼。去目前广屿泛使用克各种无没公害的蝴精炼剂给。第2章压铸叔合金3．镁合金化的熔炼（1）熔炼逢工具与嚼金属液琴接触时勤，其上诵粘有很塞多熔渣春和氧化粱物，必您须经常亦用熔剂臂进行清纠洗，为盘此要在翼熔炉旁颈边另设必置一个埋熔剂熔婚化坩埚玻，将熔饼剂熔化伸并加热屡至760～800℃，以便山熔炼工洲具在使扒用之前链，浸入沫其内洗塞涤干净邮，经过托洗净的待工具再块预热到趟暗红色茶后才能酱使用。订洗涤坩淋埚中的朝熔剂，浙在每一丹工作班倘中，应紫清理1～2次，以除胡去其中的宏脏物，并榜根据熔剂秆的消耗量饺和洗涤能哭力的减弱唇，往洗涤变坩埚中添劫加新的熔磨剂。洗涤竭剂应定期敢更换。（2）将坩埚递预热到400~付450℃，撒上炉烫料重0.1％～0.5％的熔搏剂，随孟后加入般预热的漆镁锭、柿铝镁中朵间合金杀和回炉尤料，迅歇速升温扩熔化，拒待全部兴炉料熔流化后，罚于温度690～720℃加入锌锭停，每次加碗料后应在滔金属液面鬼暴露部分薪添加新的寻熔剂。（3）为清笑除混入叛金属中尸的氧化宗夹杂物信，提高讽金属的恒纯度，伞压铸镁裤合金要宝进行精元炼。合烤金液温励度至700叹~73尝0℃时，用返搅拌勺桶激烈地挥由上而旧下搅拌捉合金液5～8mi滚n，直至合饥金液呈现樱镜面光泽立时为止。疫在搅拌过绝程中，应鼻向合金液榴面均匀地畜不断地撒瘦上熔剂，青其消耗量摔为炉料总控重量的0.8％～1％。除去每合金液面报的熔渣及改熔剂，并幕撒上一层制新熔剂，游然后升温箱至780℃，在此鸦温度下呆使金属好液静置笑不少于15m搭in。镁合金戚在整个熔束炼和保温催