美壓鑄協(xié)會(huì)(NADCA)2006年發(fā)表的壓鑄市場(chǎng)報(bào)告中顯示。汽車(chē)行業(yè)是壓鑄技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，占到了整個(gè)壓鑄行業(yè)的77％。研究表明．車(chē)重每降低 100 kg，油耗可減少0．7 U100 kmrn。由此可見(jiàn)，鋁合金 壓鑄在汽車(chē)輕量化領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。A380合金 是亞共晶A1．Si類(lèi)合金，自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，因 其具有良好的鑄造性能、力學(xué)性能、耐蝕性及低的膨 脹系數(shù)而備受材料工作者的青睞，得到了廣泛的應(yīng)用， 例如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金缸體壓鑄、汽車(chē)摩托車(chē)鋁合金 輪轂壓鑄等131。在壓鑄過(guò)程中，壓鑄工藝對(duì)壓鑄件的性 能有較大的影響，同時(shí)，由于壓鑄件中氣體缺陷的存 在，在熱處理過(guò)程中受熱膨脹，使鑄件產(chǎn)生起泡和變 形。導(dǎo)致壓鑄件一般不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化。 本文以壓鑄鋁合金A380為研究對(duì)象，采用標(biāo)準(zhǔn)壓 鑄試驗(yàn)?zāi)＞?，研究了工藝參?shù)對(duì)壓鑄件力學(xué)性能的影 響，改進(jìn)壓鑄工藝(減速工藝)可以提高壓鑄件力學(xué) 性能；對(duì)壓鑄件進(jìn)行熱處理試驗(yàn)創(chuàng)新，探討了壓鑄 A380合金的熱處理工藝。 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與性能測(cè)定 1．1壓鑄試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)材料為A380鋁合金，化學(xué)成分如表l所示。 壓鑄試樣參照標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)計(jì)，壓鑄試樣如圖1所示，力學(xué)性能檢 測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)壓鑄圓形力學(xué)性能試棒(圖中的3號(hào)試樣)，試棒尺寸如圖2所示。壓鑄設(shè)備為T(mén)OYO BD．650-V4-N型 650 t臥式冷室壓鑄機(jī)。沖頭直徑100 mm．壓室面積 7 850 mm2。壓鑄時(shí)的基準(zhǔn)壓鑄工藝參數(shù)：澆注溫度 680℃，模具溫度150℃，鑄造壓力66．7 MPa，低速速 度0．1 m／s。高速速度1．0 m／s，料餅厚度25 ida]，充滿度 24％，起高速位置270 mm。試驗(yàn)過(guò)程中考慮鑄造壓力、 高速速度、低速速度及低速階段減速工藝等參數(shù)對(duì)力 學(xué)性能的影響，具體壓鑄工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。 每種試驗(yàn)條件在達(dá)到熱平衡后生產(chǎn)Io組試樣，采 用圓形試棒測(cè)試密度及力學(xué)性能，并取其中5個(gè)試樣進(jìn) 行測(cè)試取平均值，采用剩余5個(gè)試樣進(jìn)行熱處理，并測(cè) 試力學(xué)性能取平均值。 1．2熱處理試驗(yàn) 熱處理加熱爐采用Nabertherm自動(dòng)控制爐。熱處 理工藝見(jiàn)本文第4章。 1．3密度測(cè)定 密度采用阿基米德法、參照GB／T 1423--1996進(jìn)行 測(cè)量；質(zhì)量用電子天平測(cè)量．精度1 mg；測(cè)量溫度 15-20℃。 1．4力學(xué)性能奠定 采用圖2所示的壓鑄圓棒試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試， 試樣直接壓鑄而成，試驗(yàn)在WDW3020電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) 上進(jìn)行．橫梁移動(dòng)速率為1．0ram／rain。 2、壓鑄工藝參數(shù)對(duì)鑄件密度的影響 在壓力鑄造過(guò)程中，孔洞類(lèi)缺陷是最主要缺陷之 一，它使鑄件力學(xué)性能下降。氣孔率及氣孔分布是評(píng) 價(jià)壓鑄件質(zhì)量的重要指標(biāo)，通常用壓鑄件整體密度來(lái) 衡量其致密度H。壓鑄工藝參數(shù)對(duì)鑄件的密度有較大影 響，圖3為試驗(yàn)得到的圓棒試樣在不同壓鑄工藝條件下 鑄件的密度。 從圖3可以明顯看出，鑄造壓力增加，試樣密度明 顯增大．在67 MPa時(shí)的密度最高。一方面隨鑄造壓力 增大，可以使鑄件卷入性氣孔尺寸減?。瑫r(shí)，也可 以減小鑄件中的縮松。 研究表明，充型過(guò)程中隨著高速速度的增加，充型 時(shí)獲得的充填壓力開(kāi)始大幅度提高，隨后增加緩慢m。 圖3可以看出．隨高速速度增加，密度增加，當(dāng)高速速 度達(dá)到3．0 m／s以上時(shí)，密度變化不大。 壓鑄過(guò)程中低速速度的選擇，既要防止壓室的卷 氣，又要防止溫度下降過(guò)多。作者前期研究工作表明： 壓鑄低速壓射階段存在臨界低速速度，避免壓室內(nèi)氣 體卷入M．同時(shí)，當(dāng)壓室充滿時(shí)，為避免液態(tài)金屬在 流道系統(tǒng)中的卷氣。需采用減速工藝充填流道。根據(jù) 計(jì)算，當(dāng)前試驗(yàn)條件下，低速臨界速度為0．91 m／s。由 于設(shè)備原因．未能達(dá)到0．91 m／s的l臨界速度．因此試驗(yàn) 條件下的最高低速速度為0．8 m／s，圖3中圓點(diǎn)表示低速 速度0．8 m／s時(shí)減速工藝條件下測(cè)定的密度。從圖3可以 看出，低速速度對(duì)試樣密度的影響較大，同時(shí)，采用 減速工藝時(shí)的密度均高于一般壓鑄工藝0．8 1Tl，s時(shí)鑄件 的密度，表明減速工藝對(duì)于壓鑄是有效的。當(dāng)減速位 置為233 mm時(shí)。試樣密度最高。 綜合分析壓鑄工藝對(duì)壓鑄件密度的影響．圖3可以 看出，鑄造壓力對(duì)密度影響最大．壓力一定時(shí)，低速速 度變化對(duì)密度的影響大于高速速度變化對(duì)密度的影響。 3、工藝參數(shù)對(duì)力學(xué)性能的影響 3．1 勻速工藝條件下的力學(xué)性能 3．1．1抗拉強(qiáng)度和塑性 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)圓棒壓鑄試樣進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié) 果如圖4、圖5和圖6所示，分別反映了壓鑄工藝參數(shù)對(duì) 抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和屈服強(qiáng)度的影響。 從圖4及圖5可以看出，試樣的抗拉強(qiáng)度高，其斷 裂伸長(zhǎng)率也高。隨鑄造壓力及高速速度的增加，鑄件 的抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率增加。低速工藝條件下，除低速 速度為0．1 m／s的條件外，試樣強(qiáng)度和塑性均比較高， 強(qiáng)度超過(guò)350 IVlPa，明顯高于0．1 m／s時(shí)的強(qiáng)度，高于標(biāo) 準(zhǔn)320 mPa，同時(shí)，塑性也明顯提高。 同時(shí)，對(duì)比圖4與圖3可以看出，試樣的抗拉強(qiáng)度 和密度有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，密度高，強(qiáng)度也高，張 永忠【4J的試驗(yàn)結(jié)果也顯示了這樣的關(guān)系。 3．1．2屈服強(qiáng)度 由于試樣屈服強(qiáng)度主要取決于試樣的組織及晶粒 尺寸大小，而孔洞缺陷對(duì)于屈服強(qiáng)度的影響較小。壓 鑄工藝參數(shù)則主要影響試樣內(nèi)部孔洞的尺寸及分布， 因此隨著工藝條件變化，試樣的屈服強(qiáng)度變化幅度較 小，在155-160 MPa,之間。 3．2減速工藝條件下的力學(xué)性能 圖4、圖5及圖6中圓點(diǎn)所表示的性能是低速速度為 O．8 m／s的減速工藝條件下測(cè)得的力學(xué)性能。明顯看出： 減速位置分別為233 mm、243 mill、253 InlTl時(shí)的性能 均高于一般勻速壓鑄工藝0．8 m／s時(shí)鑄件的力學(xué)性能； 減速位置233 mm時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)365 MPa，屈服強(qiáng)度 為158 MPa，伸長(zhǎng)率4．2％，綜合力學(xué)性能最高，尤其是 抗拉強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)高于A380參T,準(zhǔn)要求。 因此，減速工藝不僅可以避免金屬在壓室內(nèi)的卷 氣，而且可以減少金屬充填流道時(shí)的卷氣，從而明顯 提高壓鑄件的力學(xué)性能，合理的減速距離可以通過(guò)計(jì) 算和數(shù)值模擬予以確定用。 4、熱處理工藝性能研究 4．1熱處理試驗(yàn) 由于壓鑄件中大量氣孔缺陷的存在，壓鑄件通常不 能進(jìn)行熱處理。為了研究A380合金壓鑄件的熱處理工 藝，作者首先研究了壓鑄試樣在熱處理過(guò)程中的起泡現(xiàn) 象。在本試驗(yàn)研究中，我們對(duì)A380合金壓鑄試樣分別 在520℃、515℃、510℃、505℃、500℃、495℃、 490℃、485℃等溫度進(jìn)行了固溶處理。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)固 溶溫度高于500℃時(shí)，起泡和變形現(xiàn)象很?chē)?yán)重，甚至導(dǎo) 致鑄件報(bào)廢。而在495℃、490℃及485℃的固溶溫度 下，氣泡現(xiàn)象隨試樣質(zhì)量及固溶處理時(shí)間的長(zhǎng)短而不 同。S12工藝扁棒(圖l中的2號(hào)試樣)在485"(2118 min／ 水冷熱處理?xiàng)l件下不起泡，而485'12／37 mill／水冷熱處 理?xiàng)l件下出現(xiàn)大量氣泡，同時(shí)測(cè)得的力學(xué)性能明顯下 降。因此，溫度和時(shí)間的控制在A380合金壓鑄件的熱 處理過(guò)程中極為重要。 基于上述研究，作者提出采用通過(guò)短時(shí)固溶處理+ 時(shí)效處理的熱處理工藝方案進(jìn)乎亍A380合金壓鑄件的熱處 理工藝。通過(guò)對(duì)扁試樣和圓棒試樣的熱處理結(jié)果表明，熱處理后的試樣抗拉強(qiáng)度得到大幅度提高，如圖7所示。 扁試樣(減速T藝S15)+490 4C／21 min／；K冷+／170"C／6tI／ 空冷，強(qiáng)度接近到370MPa；圓棒試樣(減速工藝S14) +固溶時(shí)效處理(495。C／20 min／水冷+170。C／6 ll／空冷)， 抗拉強(qiáng)度可達(dá)410MPa 根據(jù)大量試驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了短時(shí)固溶處理+低溫長(zhǎng)時(shí) 間時(shí)效處理工藝，可以避免鑄件的起泡現(xiàn)象，同時(shí)， A380壓鑄試樣綜合力學(xué)性能得到大幅度提高。圖8顯示了 S15工藝下圓棒試樣熱處理(485℃／25 min+90℃／14 11) 后的力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度達(dá)205 MPa，抗拉強(qiáng)度接近 394 MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)7．8％，值得一提的是塑性指標(biāo) 大幅度提高 4．2熱處理結(jié)果分析 A380鋁合金Si、Cu含量高．同時(shí)還有較高的Fe、 Mn、Mg等元素，尤其在高壓作用下，原子擴(kuò)散受到限 制，使得壓鑄件組織極為復(fù)雜。通過(guò)金相分析和相圖分 析，可能的組織：初晶“．AI+初si+(AI+si)+(Si+Mn．Fe)+ A12Cu+(a+Si+A12Cu)+(A12Cu+AIsMgsSi2Cu)等，其中 主要組織為初晶q“l(fā)、共晶si、含F(xiàn)e相等。 由于壓鑄條件下鑄件冷卻速度較高，使壓鑄鋁合 金中Ot固溶體中的Cu、Mn等元素呈過(guò)飽和狀態(tài)；同時(shí) 由于在壓力下結(jié)晶，引起晶格缺陷局部聚集和微觀物 理不均勻性．導(dǎo)致過(guò)剩的空位濃度增加和位錯(cuò)增加I{I。 因此，壓鑄件高溫短時(shí)處理時(shí)，增加了原子擴(kuò)散速度， 使得固溶處理之后，可以達(dá)到一定的固溶效果，從而 通過(guò)進(jìn)一步時(shí)效處理后可以起到明顯的強(qiáng)化作用。 5、結(jié)論 (1)隨鑄造壓力及高速速度的增加，壓鑄A380合 金的密度、抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率增加；低速速度對(duì)鑄件 的密度、抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率有較大影響，鑄造壓力一 定時(shí)，低速速度變化對(duì)鑄件力學(xué)性能的影響大于高速 速度變化對(duì)鑄件力學(xué)性能的影響。工藝參數(shù)對(duì)壓鑄 A380合金的屈服強(qiáng)度影響較小。 (2)通過(guò)優(yōu)化壓鑄過(guò)程中的低速壓鑄工藝，可以 明顯提高壓鑄件的密度和力學(xué)性能。試驗(yàn)條件下，通 過(guò)采用接近臨界速度的低速工藝及減速工藝，壓鑄態(tài) 試樣的抗拉強(qiáng)度達(dá)到365 MPa，屈服強(qiáng)度158 IⅥIP8，伸 長(zhǎng)率4．2％。 (3)開(kāi)發(fā)了A380合金壓鑄件的短時(shí)固溶處理+時(shí)效 處理的熱處理工藝，經(jīng)過(guò)熱處理后，合金具有很高的 綜合力學(xué)性能。經(jīng)過(guò)優(yōu)化熱處理工藝后，標(biāo)準(zhǔn)壓鑄圓 棒試樣熱處理后的屈服強(qiáng)度達(dá)205 MPa，抗拉強(qiáng)度接近 394 MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)7．8％。 更多資訊詳細(xì)請(qǐng)登錄東莞低熔點(diǎn)合金：www.xdssyy.com