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高延性锌压铸合金的开发和利用-锌合金压铸件加工

2019-02-18 20:43:32
高延性锌压铸合金的开发和利用

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汽车制造业中对零部件安全性能的要求日益增高,如何进一步开发新品种合金材料乃当务之急。目前在铸态下即能获得理想的力学性能者,首先推荐以A1MgSi为主体的锌压铸合金得到了开发。并已成功地应用于汽车方向盘、车身空间构架接头、后横梁、辐条轮等受力零件方面。


1.高延性压铸合金的化学成份


新开发的合金牌号:AlM95Si2Mn,商业名称Magsimal-59,具体的化学成份如表1所示。


表1合金AIM95Si2Mn的化学成份(质量分数%)


Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti 其他


最小 2.0 0.5 5.0


最大 2.5 0.15 0.05 0.8 6.0 0.08 0.20 0.06


对于以上的化学成份,可作进一步的解释如下:表1中在共晶体含量处于25%~35%时,其含Si量的范围取1.8%~2.5%,共晶体的组分愈高,合金的流动性能愈好。含Fe量的最高限额为0.15%,以保持良好的屈服强度值。低Fe的A1熔体与模具表面接触时会出现粘模倾向,可将Mn量提高到0.5%~0.8%,与此同时,高的含Mn量也提高了材料的热强度。含Mg量可调节力学性能,这也是铸件设计人员所期望的。低的含Mg量,意味着在较低的强度下具有高的延伸性能,反之,滴的含Mg量,表明了在较低的延伸性能的情况下,具有高的强度,如图1所示。Ti则用于细化晶粒.


2.铸态金相组织

材料有较细的共晶组织,并且由两相α-β固溶体及Mg2Si组成,如图2所示。

共晶愈细,铸件的断口组织愈为光亮,更细的组织结构呈白色。随着细化组织的增加也提高了延伸性能。共晶体性能。共晶体愈粗,铸态组织呈兰色,强度增加而延伸性能下降。AlMg5Si2Mn合金还具有耐热性,能承受温度的突变。


3.抗腐蚀性能

对于含Mg量超过3%的Al-Mg二元合金而言,不会出现晶间腐性,但是却会出现应力裂缝腐蚀,其原因乃是在60~150℃温度范围内,受到较长时间的热应力,其结果是β相Mg2Al3在晶界上析出所造成。但是对于AlMg5Si2Mn合金却并无β相Mg2Al3存在因此既不会出现晶间腐蚀,也无应力裂缝腐蚀存在的可能。此外,这种合金Cu量低,通过这种低的含Cu量再加上适当的Si/Mg比,在铸造组结中存在自由状态的Si,也可能达到良好的抗腐蚀性能。


4力学性能

压铸件与砂型铸造或金属铸造件一样,都存在着对壁厚的敏感性,也会使力学性能有所高低的区别。图3表明在壁厚为:4~24mm范围内,壁厚的大小对于铸造组织的影响,当树枝状晶明显粗大时,也存在着细密的共晶组织,但是对于力学性能仍会产生不利的影响,这种影响程度皆综合地绘制在图4中。该图系将铸态力学性能、枝状晶叉间距、壁厚及局部凝固时间组合在一起所得到的数据曲线。


从图4中获知,随着壁厚的递增,伸长率可以从18%下降到4%,屈服强度从185MPa下降到106MPa,抗拉强度从300MPa下降到220MPa,由此可以明确地说,产品零件设计人员所取的零件孹厚,仅仅只能限制在12mm以下,以保持良好的铸件力学性能。表2所列的铸态力学性能与壁厚关系的数据。表2所列的铸态力学性能与壁厚关系的数据,可以提供给产品零件设计人员有用的基本依据。


人工时效也影响着力学性能的波动。图5为在380%时效温度区时,不同的人工时效时间对力学性能的影响。


(a)抗拉强度及屈服强度

从图5中可知,不同的人工时效时间皆在380℃时效温度内进行,以90min时效时间为例,其屈服强度从140MPa下降到120MPa,而极限抗拉强度从270MPa下降到245MPa,但是伸长率却上升到超越22%的水平,这是在常规压铸合金中很不容易达到的指标,基本上经过60分钟以后,其性能即处于稳定状态。这里人工时效的极限温度,要求控制在380~400℃范围内,过高的温度导致铸件表面再现气泡,但是如果将温度稍降时,却将延长获得条件的时间。


5疲劳强度

作为安全程度要求较高的构件,在振动载荷条件下使用必须具有良好的疲劳强度。这里所取的试样为4mm厚度的压铸平板作疲劳强度试验,得出如图6所示的维勒疲劳强度曲线(WOler曲线)


试验是在高频脉冲器上以115Hz的频率,同时负载为200kN下进行.曲线给出了处于5%、50%及95%时的断裂概率。在铸态处于100MPa的疲劳强度时的断裂概率为5%,而在125MPa疲劳强度时其概率可达95%。处于这种情况下的疲劳强度值比起A1Si压铸合金而言约高出IOMPa。如以金属型铸造合金AlSi7Mg经T6处理,在同等试验条件下,其疲劳强度只有93MPa。


6焊接及冲压铆接-性能


A1Mg5Si2Mn的可焊性良好,此乃因为有共晶成份及高的含Mn量之故。以Mn合金作焊接时的添加成份有减少热裂的倾向。焊接试验也是采用4mm压铸平板试样,开始先分成两半,用W极Ar弧焊焊接一起,焊缝不经过加工,焊条采用A1M94.5Mn合金。从图7中可以观察出焊缝区的组织,在焊料与铸造组织的过渡区十分匀称,在热影响区的边缘略有存在着粗大的Mg2Si相析出物,明显地进一垦到强化作用。


7注意事项及应用实例


AIMg5Si2Mn与所有的AIMg合金一样,具有较高的凝固收缩率,压铸时要放出0.6%~1.0%的收缩率。正因为如此,铸件的出模斜度至少要取1.5°。铸件存在着内应力,影响到力学性能指标。对于汽车零件而言,如对铸件有高的伸长率的要求时,可以采用消除应力的回火处理。热处理的温度取350~400℃,延时10~30分钟,此时的屈服强度约下降40%,而伸长率却提高50%。


熔化时要采用净洁的坩埚,工具也要处理,凡含于合金中的杂质,存在于细化剂或变质剂中的杂质,皆会导致铸件伸长率的下降。


A1Mg合会与其他合金一样,有较为强烈的氧化倾向,经过快速熔化后,对A1M95Si2Mn也要施行净化与除气。转包、浇入压室以及压射过程中要求避免出现紊流。在浇入到相对温度较低的模具中时,由于凝固时问短,需要高的充型速度,以获得高的强度及伸长率值。经验指出:在内浇口处的充型速度应处于30~50m/S,但是模温不宜超过160℃。


成功的实物压铸件的例证:


(1)方向盘(重量:0.8kg,尺寸:370×130mm)


(2)后横梁(重量:3.1kg,尺寸:940×220×150mm)


(3)车身空问构架接头(重量:0.9kg,尺寸:410×220×260mm)


(4)辐条轮(带有钢质制动环)(重量:0.22kg,尺寸:100×80mm)


8结语


新品种高性能压铸合金的开发和创新,乃是当前国际社会中为了适应产品高标准要求所掀起的一股热潮,普遍受到有关部门的重视,成果也不断涌现。预计不久的将来一定会有更多、更好的材料投入到市场中去。我们也应陔跟上时代的需求,积圾地研制出属于自主知识产权的新材料,去填补其中的空白,为压铸产品的升级换代,进一步提高作出应有的贡献!


本文标签:锌合金压铸