【設計】鋁合金壓鑄件的設計和質量要求

一.壓鑄工藝簡介

壓力鑄造（簡稱壓鑄）是近代金屬成型加工工藝中發展較快的一種少無切削的特種鑄造方法。工藝實質是在高壓作用下，使液態或半液態金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。

壓鑄工藝的特點：高速高壓是壓力鑄造的主要特征。常用的工作壓力為數十兆帕，鋁合金壓鑄件填充速度約為16~80m/s，金屬液填充模具型腔時間極短，約為0.01~0.2s。與其它鑄造方法相比，壓鑄有以下三方面優點：

1.產品質量好

鑄件尺寸精度高，一般相當于6~7級，甚至可達4級；表面光潔度好，一般相當于5~8級；強度和硬度較高，強度一般比砂型鑄造提高25~30％，但延伸率下降約70％；尺寸穩定，互換性好；可壓鑄薄壁復雜的鑄件。例如，當前鋅合金壓鑄件小壁厚可達0.3mm；鋁合金鑄件可達0.5mm；小鑄出孔徑為0.7mm；小螺距為0.75mm。

2.生產效率高

機器生產率高，例如國產J1113型臥式冷空壓鑄機平均八小時可壓鑄600～700次，鋁合金壓鑄件小型熱室壓鑄機平均每八小時可壓鑄3000~7000次；壓鑄型壽命長，一付壓鑄型，壓鑄鐘合金，壽命可達幾十萬次，甚至上百萬次；易實現機械化和自動化。

3.經濟效果優良

由于壓鑄件尺寸精確，表泛光潔等優點。一般不再進行機械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設備和工時；鑄件價格便易；可以采用組合壓鑄以其他金屬或非金屬材料。既節省裝配工時又節省金屬。

壓鑄是先進的金屬成型方法之一，是實現少切屑，無切屑的有效途徑，應用很廣，發展很快。目前壓鑄合金不再局限于有色金屬的鋅、鋁、鎂和銅，而且也逐漸擴大用來壓鑄鑄鐵和鑄鋼件。壓鑄件的尺寸和重量，取決于壓鑄機的功率。由于壓鑄機的功率不斷增大，鑄件形尺寸可以從幾毫米到1～2m；重量可以從幾克到數十公斤。國外可壓鑄直徑為2m，重量為50kg的鋁鑄件。

二.壓鑄合金

用于生產壓鑄件的金屬材料有多為鋁合金、純鋁、鋅合金、銅合金、鎂合金、鉛合金、錫合金等有色金屬，黑色金屬很少采用。

對壓鑄合金的基本要求：

三.壓鑄鋁合金材料常識

1.硅（Si）

硅是大多數壓鑄鋁合金的主要元素。它能改善合金的鑄造性能。硅與鋁能組成固溶體。在577℃時，硅在鋁中的溶解度為1.65％，室溫時為0.2％、含硅量至11.7％時，硅與鋁形成共晶體。提高合金的高溫造型性，減少收縮率，無熱裂傾向。當合金中含硅量超過共晶成分，而銅、鐵等雜質又多時，即出現游離硅的硬質點，使切削加工困難，高硅鋁合金對鑄件坩堝的熔蝕作用嚴重。

2. 銅（Cu）

銅和鋁組成固溶體，當溫度在548℃時，銅在鋁中的溶解度應為5.65％，室溫時降至0.1％左右，增加含銅量，能提高合金的流動性，抗拉強度和硬度，但下降了耐蝕性和塑性，熱裂傾向增大。

3. 鎂（Mg）

在高硅鋁合金中加入少量（約0.2～0.3％）的鎂，鋁合金壓鑄件可提高強度和屈服極限，提高了合金的切削加工性。含鎂8％的鋁合金具有優良的耐蝕性，但其鑄造性能差，在高溫下的強度和塑性都低，冷卻時收縮大，故易產生熱裂和形成疏松。

4. 鋅（Zn）

鋅在鋁合金中能提高流動性，增加熱脆性，下降耐蝕性，故應控制鋅的含量在規定范圍中。

5. 鐵（Fe）

在所有鋁合金中都含有害雜質。因鋁合金中含鐵量太高時，鐵以FeAl3、Fe2Al7和Al－Si－Fe的片狀或針狀組織存在于合金中，下降機械性能，這種組織還會使合金的流動性減低，熱裂性增大，但由于鋁合金對模具的粘附作用十分強烈，當鐵含量在0.6％以下時尤為強烈。當超過0.6％后，粘?，F象便大為減輕，故含鐵量一般應控制在0.6～1％范圍內對壓鑄是有好處的，但高不能超過 1.5％。

6. 錳（Mn）

錳在鋁合金中能減少鐵的有害影響，能使鋁合金中由鐵形成的片狀或針狀組織變為細密的晶體組織，故一般鋁合金允許有0.5％以下的錳存在。含錳量過高時，會引起偏析。

7. 鎳（Ni）

鎳在鋁合金中能提高合金的強度和硬度，下降耐蝕性。鎳與鐵的作用一樣，能減少合金對模具的熔蝕，同時又能中和鐵的有害影響，提高合金的焊接性能。

當鎳含量在1～1.5％時，鑄件經拋光能獲得光潔的表面。由于鎳的來源缺乏，應盡量少采用含鎳的鋁合金。

8. 鈦（Ti）

鋁合金中加入微量的鈦，能顯著細化鋁合金的晶粒組織，提高合金的機械性能，下降合金的熱裂傾向。