壓鑄合金的性能要求

第2章壓鑄合金（時(shí)間：1次課，2學(xué)時(shí)）第一頁(yè)，共十七頁(yè)。第2章壓鑄合金

壓鑄合金、壓鑄模、壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)的三要素。要獲得優(yōu)質(zhì)的壓鑄件除了要求壓鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性合理，壓鑄模設(shè)計(jì)合理、制造精確，壓鑄機(jī)性能優(yōu)良之外，還要有壓鑄工藝性良好的合金。第二頁(yè)，共十七頁(yè)。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(yè)，共十七頁(yè)。2.1壓鑄合金性能要求并非任何性能的合金都能用來(lái)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(shí)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(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。因此，用于壓鑄生產(chǎn)的合金應(yīng)具有以下性能：(1) 結(jié)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(dòng)性，有利于成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面質(zhì)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(shí)有足夠的熱強(qiáng)度和可塑性，高溫脆性和熱裂傾向小，防止推出鑄件時(shí)產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。(5) 在常溫下有較高的強(qiáng)度，以適應(yīng)大型薄壁復(fù)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(guò)程中與型壁產(chǎn)生物理-化學(xué)反應(yīng)的傾向小，防止黏模及相互合金化以延長(zhǎng)模具壽命。在滿足使用性能的前提下，選用壓鑄合金時(shí)盡可能考慮工藝性能優(yōu)良的合金。目前得到廣泛應(yīng)用的壓鑄合金是有色金屬。黑色金屬由于熔點(diǎn)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(lái)生產(chǎn)黑色金屬鑄件。通常有色壓鑄合金分高熔點(diǎn)壓鑄合金和低熔點(diǎn)壓鑄合金兩大類(lèi)。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(yè)，共十七頁(yè)。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(yè)，共十七頁(yè)。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(chǎng)合。第六頁(yè)，共十七頁(yè)。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(lái)制造印刷用鉛字。這類(lèi)合金的特點(diǎn)是比重大、熔點(diǎn)低，鑄造和加工性能好，但力學(xué)性能不高。適用于力學(xué)性能要求不高的各種復(fù)雜的小零件，目前很少使用。第七頁(yè)，共十七頁(yè)。2.2.2鋅合金在壓鑄發(fā)展史中，壓鑄鋅合金曾占有相當(dāng)重要的地位。鋅合金的特點(diǎn)是：熔點(diǎn)低，熔煉、保溫均比較容易；對(duì)模具熱損害小，模具壽命長(zhǎng)；鑄造工藝性好，可壓鑄結(jié)構(gòu)復(fù)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(xué)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(mén)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(dǎo)致發(fā)生強(qiáng)度和尺寸變化，嚴(yán)重時(shí)鑄件會(huì)完全碎裂，也就是出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。壓鑄鋅合金的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途見(jiàn)表2.1。第八頁(yè)，共十七頁(yè)。2.2.2鋅合金第九頁(yè)，共十七頁(yè)。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(lái)源豐富，所以在各國(guó)的壓鑄生產(chǎn)中都占據(jù)極重要的地位，其用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他壓鑄合金。鋁合金的特點(diǎn)是：比重小、強(qiáng)度高；鑄造性能和切削性能好；耐蝕性、耐磨性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好。鋁和氧的親和力很強(qiáng)，表面生成一層與鋁結(jié)合得很牢固的氧化膜，致密而堅(jiān)固，保護(hù)下面的鋁不被繼續(xù)氧化。鋁硅系合金在雜質(zhì)鐵含量較低的情況下，粘模傾向嚴(yán)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(guò)程易粘模，但因它的導(dǎo)電性好，所以在生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)使用。鋁合金中主要合金元素及雜質(zhì)對(duì)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(shí)的流動(dòng)性，提高合金抗拉強(qiáng)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(shí)溶解度為1.65%，而室溫時(shí)僅為0.2%。在硅含量增加到11.6%時(shí)，硅與其在鋁中的固溶體形成共晶體，提高了合金高溫流動(dòng)性，收縮率減小，無(wú)熱裂傾向。二元系鋁硅合金耐蝕性高、導(dǎo)電性和導(dǎo)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(dāng)合金中硅含量超過(guò)共晶成分，而銅、鐵等雜質(zhì)又較多時(shí)，就會(huì)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(zhì)點(diǎn)的硬度也很高，加工時(shí)刀具磨損厲害，給切削加工帶來(lái)很大的困難。此外，高硅鋁合金對(duì)鑄鐵坩鍋熔蝕嚴(yán)重。硅在鋁合金中通常以粗針狀組織存在，降低合金的力學(xué)性能，為此需要進(jìn)行變質(zhì)處理。(2) 銅。銅和鋁組成固溶體，當(dāng)溫度為548℃時(shí)，銅在鋁中的溶解度為5.65%，室溫時(shí)降至0.1%左右。銅含量的增加可提高合金的流動(dòng)性、抗拉強(qiáng)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(yè)，共十七頁(yè)。2.2.3鋁合金在高硅鋁合金中，銅含量以0.8%為界限。當(dāng)含量低于0.8%時(shí)，能提高合金的強(qiáng)度和硬度以及彈性極限；當(dāng)含量超過(guò)0.8%時(shí)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(dá)17.4%。鎂含量高的鋁合金是一種堅(jiān)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(qiáng)度和塑性都較低，冷卻時(shí)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(huì)增加合金在熔煉和保溫過(guò)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(qiáng)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(dòng)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(yīng)嚴(yán)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(xué)性能，其切削性能也比較好。(5) 鐵。鋁合金中含有少量的雜質(zhì)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(guò)程中的粘模傾向。從這一角度來(lái)說(shuō)，雜質(zhì)鐵的存在對(duì)壓鑄生產(chǎn)是有利的，所以鋁合金在采用砂型鑄造工藝時(shí)鐵含量不允許超過(guò)1%，而使用壓鑄工藝時(shí)允許鐵含量控制在1.5%以?xún)?nèi)。但是鋁合金中鐵含量不能太高，因?yàn)殇X和鐵會(huì)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(xué)性能，特別是沖擊韌性和塑性。承受較大動(dòng)載荷的零件鐵含量應(yīng)控制在1%以?xún)?nèi)。(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(shí)還能增加塑性，因?yàn)殄i能使合金中鐵的片狀或針狀晶體組織變?yōu)榧?xì)密的晶體形狀，故一般鋁合金中允許錳含量不超過(guò)0.5%。合金中錳含量高時(shí)會(huì)引起偏析。壓鑄鋁合金的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途見(jiàn)表2.2。第十一頁(yè)，共十七頁(yè)。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(qiáng)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(shí)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(xué)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(zhǎng)。鑄件尺寸穩(wěn)定，且有良好的切削加工性能。鎂是一種非常活潑的元素，易燃燒，鎂合金在熔煉和壓鑄過(guò)程中易被氧化，給生產(chǎn)帶來(lái)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(diǎn)，故常用于重量要求輕，但又有一定強(qiáng)度的零件。如航空工業(yè)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、室外移動(dòng)設(shè)備的零部件以及在低溫下工作的零件。當(dāng)前我國(guó)用于壓鑄的鎂合金只有5號(hào)鑄造用鎂合金，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表2.3。第十二頁(yè)，共十七頁(yè)。2.2.4鎂合金

第十三頁(yè)，共十七頁(yè)。2.2.5銅合金

銅合金作為一種壓鑄用的金屬材料力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(dǎo)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(shí)要求尺寸穩(wěn)定的零件。銅合金的導(dǎo)電性能很好，并且具有抗磁性能，常用來(lái)制造不允許受磁場(chǎng)干擾的儀器儀表零件。銅合金的熔點(diǎn)較高，會(huì)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(shí)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(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表2.4。第十四頁(yè)，共十七頁(yè)。2.2.5銅合金

第十五頁(yè)，共十七頁(yè)。思考題(1) 壓鑄合金應(yīng)具備哪些性能？(2) 常用壓鑄合金有哪些？(3) 硅、銅、鎂、鋅、鐵對(duì)壓鑄鋁合金性能有何影響？第十六頁(yè)，共十七頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)第2章壓鑄合金。要獲得優(yōu)質(zhì)的壓鑄件除了要求壓鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性合理，壓鑄模設(shè)計(jì)合理、制造精確，壓鑄機(jī)性能優(yōu)良之外，還要有壓鑄工藝性良好的合金。(2) 具有良好的流動(dòng)性，有利于成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面質(zhì)量好的壓鑄件。適用于力