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高延性铝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为主体的铝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％)
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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.

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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。

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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。

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图3 铸件壁厚与铸态组织的关系

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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。

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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。

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时效时间min(380℃)

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图5 Magsimal-59的力学生能在380℃时为时效时间的函数

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)

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图6 AIM95Si2Mn(MagsimaI一59)合金在铸态时的疲劳曲线(wOhIer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。

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图7 在4mm压铸平板上，w极Ar弧焊趵显微结构

未经焊接及焊接过后的试样进行拉力试验，所得出的结果如表3所示。

表3未经焊接及接过试样的力学性能
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本材料在薄壁条件下具有较高的延性，可以采用冲、铆技术将铸件与其他材料配伍连接或辊压成型。

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A1M95S i 2Mn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：41 0×220×260mm)
(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!

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/6/2011)


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