摘 要：试验分析了380压铸合金化学成分的不同配比对力学性能的影响。结果表明高合金含量配制的380铝合金与低合金含量配制的380铝合金相比，前者抗拉强度、屈服强度及硬度高，而后者伸长率高，标准的380铝合金成分则在二者之间。实际应用中，应根据零件对力学性能的具体要求合理选配。
关键词：380压铸合金 化学成分 力学性能
自从有了冷室压铸机以来，铝合金在压铸工业中的推广应用为时已久。80年代在美国的压铸件生产中，铝合金占80%。随着时间的推移及生产发展的需要，纳入到压铸铝合金中的品种高达23种，但是最为典型的是40年代就被采用的380铝合金(类似GD-AlSi9Cu3)。美国对于这种合金制订出三种标准，即380，A380及B380，这类合金典型的化学成分如表1［1］所示。表1 典型380铝压铸合金的化学成分
| 代号 | wB/% | | Si | Cu | Fe | Mn | Mg | Ni | Zn | Sn | 其他
总量 | Al | | 380 | 7.5
～9.5 | 3.0
～4.0 | 2.0 | 0.50 | 0.10 | 0.50 | 3.0 | 0.35 | 0.50 | 其余 | | A380 | 7.5
～9.5 | 3.0
～4.0 | 1.3 | 0.50 | 0.10 | 0.50 | 3.0 | 0.35 | 0.50 | 其余 | | B380 | 7.5
～9.5 | 3.0
～4.0 | 1.3 | 0.50 | 0.10 | 0.50 | 1.0 | 0.35 | 0.50 | 其余 |
含铁量及含锌量的不同是这几种合金的主要区别。380的含铁量为2%，可以在热室压铸机上生产。A380及B380含铁量均为1.3%，只用于冷室压铸机。这种合金在开始制订标准的时候，只有380及A380，其含锌量皆限于1%。到了50年代，锌的上限升到3%，这样就把含锌量为1%的合金命名为B380。所有的这几种合金都具有优越的铸造性能和高的力学性能，且容许存在一定的杂质，因此380即成为最基本的常用压铸合金。下面针对A380合金，阐述在正常的生产条件下，由于化学成分的不同，对于金相组织及力学性能的影响。现把合金的化学成分含量划分为上限(H)及下限(L)两种，在室温下进行测定。
1 试验方案
所有的合金及压铸试棒都在生产条件下进行，试验用上限(H)及下限(L)两组合金化学成分的变化范围如表2所示。表2 两组试验用合金化学成分的变化范围
| 代 号 | wB/% | | Si | Cu | Fe | Mn | Mg | Cr | Ni | Zn | Pb | Sn | Ti | Al | | 下限(L) | 7.37 | 2.90 | 0.67 | 0.24 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.85 | 0.02 | 0.01 | 0.03 | 其余 | | 上限(H) | 9.51 | 3.91 | 1.27 | 0.28 | 0.27 | 0.08 | 0.53 | 2.89 | 0.06 | 0.03 | 0.04 | 其余 |
所采用的铝压铸件标准试棒如图1所示。
图1 按照ASTMB557-84所采用的铝压铸标准试棒
压铸后的试棒都要进行清理和去边，按每一种合金成分压铸出50根试棒，通过透视检查其气密性，再从每一种成分中挑选35根致密性好的试棒进行测试。
压铸试棒在，铸态下存放45 d后再进行测试，其抗拉强度、屈服强度及伸长率，均按ASTM标准计量，由于试棒并非理想的整圆形，还需精确地计算其截面积，以减少误差。每种合金取20根试棒作硬度检验，按HRB计量。
试棒组织的检查采用光学显微镜、光栅电子显微镜以及透视光谱分析仪，这样完全可以准确无误地清晰地显示出金相组织中各种相的构成、分布及成分。再作一次断口表面光透试验并作光栅电子显微镜检查。
2 力学性能试验
经试验所测得的抗拉强度、屈服强度及伸长率、硬度数据见表3表3 两组合金力学性能测量值
| 代号 | 有关数据 | 抗拉强度
MPa | 屈服强度
MPa | 伸长率
% | 硬度
HRB(HB) | | L | 平均值 | 309.86 | 140.80 | 6.46 | 33.4(69.4) | | 最低值 | 285.32 | 47.01 | 4.3 | 21.2(62.1) | | 最高值 | 322.48 | 168.31 | 8.2 | 47.0(80.0) | | 标准误差 | ±11.78 | ±13.17 | ±0.85 | ±4.5(±9.4) | | 测量精度 | ±3.5 | ±3.5 | ±0.2 | ±1(±2) | | H | 平均值 | 345.72 | 221.81 | 2.55 | 62.3(98.3) | | 最低值 | 322.48 | 200.51 | 2.00 | 49.6(82.6) | | 最高值 | 364.54 | 241.33 | 3.05 | 71.0(112.0) | | 标准误差 | ±7.17 | ±10.20 | ±0.28 | ±3.5(±5.5) | | 测量精度 | ±3.5 | ±3.5 | ±0.2 | ±1(±2) |
抗拉强度及屈服强度的最低值，可参照各种标准规范及权威机构所制定的数据作对比，其具体内容如表4所示。表4 380合金力学性能的各种标准值
| 数据来源 | 抗拉强度
MPa | 屈服极限
MPa | 伸长率
% | 硬度
HB | | ① | 324 | 159 | 4.0 | 75 | | ② | 325 | 160 | 4.0 | | ③ | 320 | 160 | 3.5 | 75 | | ④ | 325 | 160 | 3.5 | | ⑤ | 325 | 158 | 3.5 | | ⑥ | 240 | 140 | 1.0 | 80 |
注：数据来源如下：
①Rooy E.L.:Aluminium and Aluminium Alloys.ASTM Handbook,9,Auf1.Bd.15,(1988),S.743-770.
②ASTM Metal Handbook,10,Auf1.Bd.2,(1990).
③1992 Annual Book of ASTM Standards V.02.02.1992.
④ASTM Metal Handbook,9,Auf1.Bd.2,(1979),S.170
⑤Aluminium Alloy A380(Aluminium Die Casting Alloy).Metal Digest,Al-6q,Juni 1986.
⑥EN-Norm BZW.D1N 1725 Teil 2.
布氏硬度值可参见表3中的数据，并换算成HRB。表3中的标准误差是从35根试棒中测定，而硬度是从20根试棒中通过200个点测出。其性能见图2～图5。 
图2 不同抗拉强度的试棒所占比例 图3 不同屈服强度的试棒所占比例
 
图4 不同伸长率的试棒所占比例 图5 不同硬度的试棒所占比例
3 结果论述
A380(GD-AlSi9Cu3)的化学成分对力学性能和金相组织有明显的影响。当以高合金含量(H)配制时，其抗拉强度、屈服强度及硬度，分别比低合金含量(L)要高出11.6%，57.5%及86.5%。低合金含量(L)的伸长率比高合金含量(H)要高出153%。A380合金的化学成分的标准值，处于高(H)、低(L)两者之间。
同一种合金所压铸的试棒的性能也会出现差别。例如由合金(L)所压铸的35根试棒，其抗拉强度有最低值285 MPa及最高值322 MPa之分。伸长率、硬度及屈服强度误差的平均值，分别为36.4%，60.4%及77.2%。这种数据的分散情况，低合金含量(L)比高合金含量(H)表现得更为明显。这种分散程度的大小，可能要从合金中出现偏析及工艺参数的变化来作解释了。如果化学成分达到最佳值，又通过工艺参数的严格控制，材料的力学性能还会达到更高的水准。
作者简介；王益志,男,1925年出生,教授,上海交通大学(200030)
作者单位：王益志(上海交通大学)
参考文献：
［1］Wang L,Makhlouf M,Apelian D.Effect of 380 Alloy Chemistry on its Microstructure and Mechanical Properties.,Trans.Amer.Foundrym.Soc.,(1995),106:675～681
［2］Rohrig K.Einfluss der Chemischem Zusammensetzung auf Gefǜge and mechanische Eigenschaften von AlSi9Cu3.Giesserei-Praxis,1997(13/14):297～303(end)
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