壓鑄工藝及模具設計第2章

第2章壓鑄合金

（時間：1次課，2學時）第一頁，共十八頁。第2章壓鑄合金

壓鑄合金、壓鑄模、壓鑄機是壓鑄生產(chǎn)的三要素。要獲得優(yōu)質的壓鑄件除了要求壓鑄件的結構工藝性合理，壓鑄模設計合理、制造精確，壓鑄機性能優(yōu)良之外，還要有壓鑄工藝性良好的合金。第二頁，共十八頁。第2章壓鑄合金2.1壓鑄合金性能要求2.2壓鑄合金第三頁，共十八頁。2.1壓鑄合金性能要求并非任何性能的合金都能用來生產(chǎn)壓鑄件，用于壓鑄生產(chǎn)的合金其性能有兩方面的要求，一是在壓鑄件成型時有良好的成型工藝性，二是成型后的壓鑄件能滿足產(chǎn)品的使用要求。合金的成型工藝性能是指合金的鑄造成型工藝性、切削加工性、焊接性能、電鍍性能、熱處理性能等。合金的使用性能包括合金的力學性能、物理性能和化學性能。因此，用于壓鑄生產(chǎn)的合金應具有以下性能：(1) 結晶溫度范圍小，以防止壓鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。(2) 具有良好的流動性，有利于成型結構復雜、表面質量好的壓鑄件。(3) 線收縮率小，可降低鑄件產(chǎn)生熱裂的傾向并且易于獲得尺寸精度較高的鑄件。(4) 高溫時有足夠的熱強度和可塑性，高溫脆性和熱裂傾向小，防止推出鑄件時產(chǎn)生變形和開裂。(5) 在常溫下有較高的強度，以適應大型薄壁復雜壓鑄件的使用要求。(6) 具有良好的加工性能和一定的抗蝕性能。(7) 成型過程中與型壁產(chǎn)生物理-化學反應的傾向小，防止黏模及相互合金化以延長模具壽命。在滿足使用性能的前提下，選用壓鑄合金時盡可能考慮工藝性能優(yōu)良的合金。目前得到廣泛應用的壓鑄合金是有色金屬。黑色金屬由于熔點太高，致使壓鑄模的使用壽命極低，因此，極少采用壓鑄生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)黑色金屬鑄件。通常有色壓鑄合金分高熔點壓鑄合金和低熔點壓鑄合金兩大類。前者有鋁合金、鎂合金和銅合金，后者有鉛合金、錫合金和鋅合金。

第四頁，共十八頁。2.2壓鑄合金2.2.1鉛合金和錫合金2.2.2鋅合金2.2.3鋁合金2.2.4鎂合金2.2.5銅合金第五頁，共十八頁。2.2壓鑄合金常用的壓鑄合金有鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金。鉛、錫合金僅用于少數(shù)場合。第六頁，共十八頁。2.2.1鉛合金和錫合金鉛合金和錫合金是壓鑄生產(chǎn)中最早使用的合金，用來制造印刷用鉛字。這類合金的特點是比重大、熔點低，鑄造和加工性能好，但力學性能不高。適用于力學性能要求不高的各種復雜的小零件，目前很少使用。第七頁，共十八頁。2.2.2鋅合金在壓鑄發(fā)展史中，壓鑄鋅合金曾占有相當重要的地位。鋅合金的特點是：熔點低，熔煉、保溫均比較容易；對模具熱損害小，模具壽命長；鑄造工藝性好，可壓鑄結構復雜的薄壁鑄件；與鐵的親合力小，不粘模。鋅合金在常溫下有良好的力學性能，加工性、焊接性、電鍍性均良好。由于鋅合金的比重大，因此航空、電子、儀表等工業(yè)部門的產(chǎn)品中很少用鋅合金壓鑄件。它抗蝕性能差，容易產(chǎn)生晶間腐蝕，導致發(fā)生強度和尺寸變化，嚴重時鑄件會完全碎裂，也就是出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。壓鑄鋅合金的牌號、化學成分、力學性能及用途見表2.1。第八頁，共十八頁。2.2.2鋅合金第九頁，共十八頁。2.2.3鋁合金壓鑄鋁合金的使用性能和工藝性能都優(yōu)于其他壓鑄合金，而且來源豐富，所以在各國的壓鑄生產(chǎn)中都占據(jù)極重要的地位，其用量遠遠超過其他壓鑄合金。鋁合金的特點是：比重小、強度高；鑄造性能和切削性能好；耐蝕性、耐磨性、導熱性和導電性好。鋁和氧的親和力很強，表面生成一層與鋁結合得很牢固的氧化膜，致密而堅固，保護下面的鋁不被繼續(xù)氧化。鋁硅系合金在雜質鐵含量較低的情況下，粘模傾向嚴重。鋁合金體收縮值大，易在最后凝固處形成大的集中縮孔。用于壓鑄生產(chǎn)的鋁合金主要是鋁硅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金三種。純鋁鑄造性能差，壓鑄過程易粘模，但因它的導電性好，所以在生產(chǎn)電動機的轉子時使用。鋁合金中主要合金元素及雜質對其性能影響如下：(1) 硅。硅是大多數(shù)鋁合金的主要元素。它能改善合金在高溫時的流動性，提高合金抗拉強度，但使塑性下降。硅與鋁能生成固熔體，它在鋁中的溶解度隨溫度升高而增加，溫度577℃時溶解度為1.65%，而室溫時僅為0.2%。在硅含量增加到11.6%時，硅與其在鋁中的固溶體形成共晶體，提高了合金高溫流動性，收縮率減小，無熱裂傾向。二元系鋁硅合金耐蝕性高、導電性和導熱性良好、比重和膨脹系數(shù)小。硅能提高鋁鋅系合金的抗蝕性能。當合金中硅含量超過共晶成分，而銅、鐵等雜質又較多時，就會產(chǎn)生游離硅，硅含量越高，產(chǎn)生的游離硅就越多。游離硅的硬度很高，由它們所組成的質點的硬度也很高，加工時刀具磨損厲害，給切削加工帶來很大的困難。此外，高硅鋁合金對鑄鐵坩鍋熔蝕嚴重。硅在鋁合金中通常以粗針狀組織存在，降低合金的力學性能，為此需要進行變質處理。(2) 銅。銅和鋁組成固溶體，當溫度為548℃時，銅在鋁中的溶解度為5.65%，室溫時降至0.1%左右。銅含量的增加可提高合金的流動性、抗拉強度和硬度，但降低了耐蝕性和塑性，熱裂傾向增大。壓鑄通常不用鋁銅合金，而用鋁硅銅合金。第十頁，共十八頁。2.2.3鋁合金在高硅鋁合金中，銅含量以0.8%為界限。當含量低于0.8%時，能提高合金的強度和硬度以及彈性極限；當含量超過0.8%時則起著相反的作用。含硅量7%以下的鋁硅合金中加入1%～2%的銅可提高鑄件的表面光潔度。(3) 鎂。在共晶溫度(449℃)下鎂在鋁中的溶解度可達17.4%。鎂含量高的鋁合金是一種堅固的工業(yè)鋁合金，具有良好的加工性能。含鎂8%的鋁合金，具有優(yōu)良的耐蝕性，但是鋁鎂合金的鑄造性能很差，在高溫下的強度和塑性都較低，冷卻時的收縮也大，故容易產(chǎn)生熱裂和形成疏松。此外，鎂的存在會增加合金在熔煉和保溫過程中的氧化傾向。在高硅鋁合金中加入少量(0.2%～0.3%)的鎂可提高合金的強度極限、彈性極限、疲勞極限及硬度，而其塑性降低不多。(4) 鋅。鋁合金中的鋅能提高合金的流動性，但在高硅鋁合金中，鋅使合金的熱裂傾向增加，而耐蝕性有所降低，故應嚴格控制鋅含量不超出規(guī)定的范圍?？墒卿\含量很高的鋁鋅合金(含鋅量為9%～13%)卻具有較好的鑄造成型性能和力學性能，其切削性能也比較好。(5) 鐵。鋁合金中含有少量的雜質鐵(0.6%～1.4%)能削弱鋁和鐵的親合力，從而降低鋁合金在壓鑄過程中的粘模傾向。從這一角度來說，雜質鐵的存在對壓鑄生產(chǎn)是有利的，所以鋁合金在采用砂型鑄造工藝時鐵含量不允許超過1%，而使用壓鑄工藝時允許鐵含量控制在1.5%以內。但是鋁合金中鐵含量不能太高，因為鋁和鐵會生成FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe等片狀或針狀組織存在于合金中，降低了力學性能，特別是沖擊韌性和塑性。承受較大動載荷的零件鐵含量應控制在1%以內。(6) 錳。鋁合金中錳的存在能減少鐵的有害影響，錳含量在0.4%以下時還能增加塑性，因為錳能使合金中鐵的片狀或針狀晶體組織變?yōu)榧毭艿木w形狀，故一般鋁合金中允許錳含量不超過0.5%。合金中錳含量高時會引起偏析。壓鑄鋁合金的牌號、化學成分、力學性能及用途見表2.2。第十一頁，共十八頁。2.2.4鎂合金

鎂合金的比重是各種壓鑄合金中最小的(僅為1.76～1.83g/cm3)，是鋁合金的2/3左右。鎂合金的強度高，屈服極限低于鋁合金，承受載荷的能力稍差。但在承受沖擊載荷時有較大的沖擊韌性。鎂合金在常溫和低溫下(-196℃)都有良好的力學性能。鎂合金與鐵的親合力小，故發(fā)生粘?，F(xiàn)象較少，模具壽命長。鑄件尺寸穩(wěn)定，且有良好的切削加工性能。鎂是一種非?；顫姷脑?，易燃燒，鎂合金在熔煉和壓鑄過程中易被氧化，給生產(chǎn)帶來較大的困難，并且鎂合金壓鑄件易產(chǎn)生縮松和熱裂缺陷，抗蝕性能較低。由于鎂合金有以上的特點，故常用于重量要求輕，但又有一定強度的零件。如航空工業(yè)、汽車發(fā)動機零部件、室外移動設備的零部件以及在低溫下工作的零件。當前我國用于壓鑄的鎂合金只有5號鑄造用鎂合金，其化學成分及力學性能見表2.3。第十二頁，共十八頁。2.2.4鎂合金

第十三頁，共十八頁。2.2.5銅合金

銅合金作為一種壓鑄用的金屬材料力學性能遠遠超過鋅合金、鋁合金和鎂合金。另外，銅合金抗蝕性能好、耐磨性好、疲勞極限和導熱性都很高，線膨脹系數(shù)也較小，故用于制造耐磨和工作溫度變化時要求尺寸穩(wěn)定的零件。銅合金的導電性能很好，并且具有抗磁性能，常用來制造不允許受磁場干擾的儀器儀表零件。銅合金的熔點較高，會較快地使模具由于熱疲勞而降低壽命，而且銅合金的熔煉與保溫不能使用鋁合金壓鑄時常用的電阻保溫爐。常用于壓鑄生產(chǎn)的銅合金主要是鑄造黃銅，它們的化學成分及力學性能見表2.4。第十四頁，共十八頁。2.2.5銅合金

第十五頁，共十八頁。思考題(1) 壓鑄合金應具備哪些性能？(2) 常用壓鑄合金有哪些？(3) 硅、銅、鎂、鋅、鐵對壓鑄鋁合金性能有何影響？第十六頁，共十八頁。Q&A?

Thanks!第十七頁，共十八頁。內容總結第2章壓鑄合金。(3) 線收縮率小，可降低鑄件產(chǎn)生熱裂的傾向并且易于獲得尺寸精度較高的鑄件。(6) 具有良好的加工性能和一定的抗蝕性能。適用于力學性能要求不高的各種復雜的小零件，目前很少