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2021-4-25金属压铸加工材料作用分析

压铸是近代金属压力加工工艺中发展较快的一种高效率、少无切削的金属成形精密铸造方法,它已广泛应用在国民经济的各行各业中;也因行业的不同需求,对压铸成型的金属材料也有不同的要求与选择。
  在选择压铸材料时,应当根据产品的作用性能、工艺性能、生产条件、经济性以及压铸材料的特点等各种因素,合理选择正确的压铸材料。
  常用的压铸材料包括铝合金、锌合金和镁合金等。
  铝合金是目前应用最多的压铸材料,广泛应用于汽车工业、摩托车工业、航空航天等。铝合金的特点如下:
  1)铝合金的密度较小,仅为铁、铜、锌的1/3左右,比强度和比刚度高是其突出优点。
  2)铝合金具有良好的导电、导热性能。
  3)铝合金抗氧化腐蚀性能好。在空气中,铝的表面容易生成一层致密的三氧化二硫氧化膜,能阻止进一步被氧化。
  4)铝合金具有良好的压铸性能。铝合金压铸工艺简单,成形及切削加工性能良好,具有较高的力学性能及耐蚀性,是代替钢铁铸件最具潜力的合金。
  5)铝合金的高温力学性能很好,在低温下工作时同样保持良好的力学性能。
  6)铝合金的缺点是容易在最后凝固处产生大的集中缩孔。此外,铝合金与铁有很强的亲和力,易粘模,应在冷室压铸机上压。
  镁合金,镁合金的特点如下:
  1)镁合金被称为“21世纪的绿色工程材料”,其密度为铝合金的2/3、钢铁的1/4,但比强度和比刚度均优于铝合金和钢铁,远远高于工程塑料,是一种优良、轻质的结构材料。
  2)镁合金具有良好的能量吸收及振动吸收特性,用于产品外壳可以减少噪声传递,用于运动零部件可吸收振动,延长零件使用寿命。
  3)具有良好的电磁屏蔽性,可以提供电子产品的防电磁辐射性。
  4)刚性好,耐冲击。
  5)延展性好,易成形,可使产品设计具有灵活性,提升产品档次。
  6)镁合金熔点低,使得低温变形小,尺寸精度高,有利于一次开模成形;与铁的亲和力小,对模具的粘附现象小,有利于提高生产率和模具寿命;而且镁合金良好的流动性能有利于复杂件和细小件的生产。
  7)机械加工性能最好,所需切削力小、切削效果好、刀具使用寿命长。
  8)散热性好,仅次于铝合金。
  9)尺寸稳定性好,环境温度和时间变化对尺寸的影响小。
  10)可100%再生。
  11)镁合金在空气中易氧化,镁合金压铸件成形后必须经过表面处理,提高耐蚀性,改善零件表面质量。常用的表面处理方法包括电镀、喷涂、阳极氧化等。同理镁合金有高温脆性大、热裂倾向大的缺点。
  锌合金也比较常见,锌合金的特点如下:
  1)锌合金具有优良的铸造性能、力学性能、韧性,在传统的机械件、五金件、锁具、玩具等行业应用很广。
  2)锌合金具有优良的电和热传导性能、良好的振动阻尼特性、良好的电磁屏蔽性能’在电子、电信、家电产品上应用不断增长。
  3)锌合金是一种通用、可靠、低成本的材料,易于压铸生产。锌合金具有良好的压铸性能,因此更容易压铸形状复杂、薄壁、尺寸精度高的产品。由于锌合金的薄壁铸造性能,可实现产品轻量化和降低成本的要求。
  4)与铝合金和镁合金相比,锌合金具有较高的抗拉强度、屈服强度、冲击韧度和硬度、较好的伸长率。
  5)锌合金压铸件表面非常光滑,可不作表面处理直接使用,同时也比较容易进行各种表面处理,如抛光、电镀、喷涂等,以获得更佳的表面质量。
  6)锌合金熔点低,在385℃熔化,相比于铝合金和镁合金,锌合金最容易压铸成形。
  7)耐蚀性差。当锌合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时,将会逐渐老化而发生变形,表现为体积胀大、力学性能(特别是塑性)显着下降,时间长了就会破裂。
  8)时效性。使用时间过长,锌合金压铸件的形状和尺寸会稍有变化。
  9)锌合金不宜在高温和低温的工作环境下使用。锌合金在常温下具有良好的力学性能,但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显着下降。锌合金容易老化,这是锌合金的应用范围受到限制的主要原因。锌合金的工作温度范围较窄,温度低于一10℃时,其冲击韧度急剧降低,温度升高时,力学性能下降,且易发生蠕变,因此,受力零件的温度一般不超过lOOC。严格控制锌合金原材料的纯度和熔炼艺艺过程,在锌合金中添加少量的Mg和适量的Cu,可以减轻或消除老化现象及改善切削加工性能。
  综上的压铸材料特点分析,结合富华金属压铸厂前面分析的文章“铝合金压铸件原料的要求”,分析得出好的成型压铸件对于所要加工的材料有一定要求,而且每种不同的金属加工材料,它们之间的成分肯定不一样,可以参考文章“锌合金压铸件的成分”。
  那么上述三种压铸加工材料的各自成分虽然不同,但是成分中的各种元素在压铸加工过程中所取到的作用都是与各种金属元素有关,下面我们再具体分析下,压铸加工材料中各种金属元素的作用。
  【1】.硅(Si)硅是大多数压铸铝合金的主要元素,它能改善合金的铸造性能,一般含量在7%-11%。硅作用:
  1、提高合金的高温流动性
  2、减少收缩率
  3、减少热裂倾向
  4、提高耐磨性
  但含硅量超过12%时,硅与铝形成过共晶体,而铜、铁等杂质又多时,即出现游离硅的硬质点,使切削加工困难,高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。
  【2】.铜(Cu)
  合金中铜含量通常在2.5%~5%,增加含铜量,能提高合金的流动性,抗拉强度和硬度,但降低了抗蚀性和塑性,热裂倾向增大。
  【3】.镁(Mg)
  在高硅铝合金中加入少量(约0.2~0.3%)的镁,可提高强度和屈服极限,提高合金的切削加工性。
  含镁量过高,铸造性能变差,在高温下的强度和塑性都低,冷却时收缩大,故易产生热裂和形成疏松。
  【4】.锌(Zn)
  锌在铝锌系铝合金中能提高流动性,提高铸造性能,提高抗拉强度,但热裂倾向增大,抗蚀性降低,一般要小于1.2%。
  【5】.铁(Fe)
  由于铝合金对模具的粘附作用十分强烈,当铁含量在0.6%以下时尤为强烈。当超过0.6%后,粘模现象便大为减轻,故含铁量一般应控制在0.6~1%范围内对压铸是有好处的。
  含铁量太高时,铁以FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe的片状或针状组织存在于合金中,降低机械性能,这种组织还会使合金的流动性减低,热裂性增大,抗蚀性能降低。
  【6】.锰(Mn)
  锰在铝合金中能减少铁的有害影响,能使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织,故一般铝合金允许有0.5%以下的锰存在。含锰量过高时,会引起偏析,锰含量一般控制在0.6%以下。
  【7】.镍(Ni)
  镍在铝合金中能提高合金的强度和硬度,降低耐蚀性。镍与铁的作用一样,能减少合金对模具的熔蚀,同时又能中和铁的有害影响,提高合金的焊接性能。当镍含量在1~1.5%时,铸件经抛光能获得光洁的表面。由于镍的来源缺乏,应尽量少采用含镍的铝合金。
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