剖析压铸铝合金机械的加工

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目前，工业上应用的压铸铝合金主要有以下几大系列：Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg等。压铸铝最常用的是共晶型铝硅合金ZL102，虽具有优良的铸造性能，但是，它的强度不高，机械加工性能较差，限制了它的使用。因此，必须研究开发一种既具有ZL102合金优良的压铸工艺性能，又能提高机械加工性能的压铸铝合金。

一、合金的开发及应用

传统压铸铝合金件不宜进行热处理，这制约了压铸铝合金力学性能的提高。目前，压铸铝合金已广泛应用于汽车结构件的生产，但对于车体等对力学性能要求高的压铸件，仅靠现有压铸铝合金尚难满足需要。为提高压铸铝合金的力学性能，扩大压铸铝合金的应用范围，国内外研究人员一直在进行新型压铸铝合金的开发，主要包括两个方面：一是通过合金成分优化或添加合金元素的方法对现有合金系优化；二是新型压铸铝合金系的开发。

二、试件准备

在ZL102铝合金的基础上，加入Bi，研制出一种易机械加工压铸铝合金。对研制的易机加压铸铝合金和ZL102合金在同样的电阻炉中熔炼后，用J1113A型压铸机压铸试样。压室直径40mm，浇注温度650~700℃，压铸出同样的两种铝合金试样，供进行对比测试。

三、两种试件合金性能的检测

1、机械加工性能

主要进行车加工和钻加工试验，车加工和钻加工均在普通设备上进行。表面粗糙度用2201型表面粗糙度检测仪测试。

2、压铸工艺性能

主要检测合金流动性、出型性和充型性，流动性采用砂型螺旋试样测定其长度。出型性主要检验出型后压铸件表面是否粘型。充型性主要观察压铸件充填情况，检查是否有欠铸、冷隔等压铸缺陷。

3、耐腐蚀性能

（1）高低温交替试验

将试样放在40~45℃的保温炉中经过3h取出，在室温放置2h，重复以上试验，一次为一个周期，经过20个周期试验后，观察两种合金试样表面有无变化。

（2）耐腐蚀试验

将试样表面涂上一层腐蚀剂在室温下放15d，观察两种试样有无变化。

（3）腐蚀产物称量

将ZL102、易机加压铸铝合金两种试样磨光、磨平和洗净，称其质量，然后用体积分数分别为3%和1%的NaCl和H2O2水溶液腐蚀，每24h观察一次，72h取出后用体积分数为5%的HNO3水溶液去除合金上的腐蚀沉积物，清洗干净后称试样质量。四、试验结果及分析1、金相组织ZL102合金的共晶硅粗大且呈针片状，易机加压铸铝合金的共晶硅细化，呈团状或粒状。

2、机械加工性能

在不加切削液的条件下，采用硬质合金刀具进行粗车，ZL102合金的车屑较长，不易断裂，多呈厚薄不均的卷曲状；而易机加压铸铝合金的车屑较短，易断裂，多呈厚薄均匀的不太卷曲碎片。ZL102合金的钻屑厚薄不均，而易机加压铸铝合金的钻屑均匀。最后用高速钢刀具精车，并测其两种合金试样的表面粗糙度，其结果是：ZL102合金的表面粗糙度Ra=2.8~3.2μm，易机加压铸铝合金的表面粗糙度Ra=1.21μm。易机加压铸铝合金比ZL102铝合金机加性能好，其主要原因如下：

（1）在ZL102铝合金的基础上加入适量的有利于改善切削性能和力学性能的Cu，Pb，Bi，Mg等合金元素。使合金组织中出现了CuAl2，Mg2Si相，铝合金的共晶硅呈团状或粒状，所以机械加工性能得到提高。但是，Cu和Mg的加入量应控制在2%左右，过多将使合金变脆。ZL102合金的共晶硅呈粗大针片状，严重的割裂了Al的基体，在Si相的尖端和棱角处引起应力集中。机械加工时，破碎的Si晶粒从加工表面被剥落，使加工表面粗糙。

（2）易机加压铸铝合金的抗拉强度和硬度比ZL102合金高，而伸长率低，使合金塑性降低，改善了机械加工性能。

3、压铸工艺性能

（1）流动性砂型螺旋试样ZL102合金平均长度为1125mm，易机加压铸铝合金平均长度为985mm，易机加压铸铝合金的流动性不如ZL102合金好。

（2）出型性两种合金各压铸100件，宏观观察均未产生粘型现象。各抽检5件，测其表面粗糙度，平均值均在1.6~3.2μm范围内。

（3）充型性两种合金各压铸50件同样的薄壁零件，0.5mm薄壁处，成形均完好，均未产生冷隔或欠铸缺陷。易机加压铸铝合金的流动性不如ZL102合金好，但因压铸是在高压、高速下充型，与重力铸造相比，流动性显得不那么重要。出型性和充型性试验已表明易机加压铸铝合金可以满足压铸工艺性能的要求。

4、腐蚀性能

（1）两种合金试样的高低温交替试验20个周期，表面均无变化。

（2）两种合金涂腐蚀剂，室温下放置15d，两种合金试样均无变化。

（3）两种合金经腐蚀后，减少质量的平均值，易机加压铸铝合金，易机加压铸铝合金的耐腐蚀性能和ZL102合金比较相差甚小。

五、结论

1、易机加压铸铝合金比ZL102金相组织细化，共晶硅由粗大的针片状变为细化的团状或粒状。

2、易机加压铸铝合金机械加工性能明显高于ZL102合金，抗拉强度提高了14.17%。3、该合金现已用于支架、托盘等多种压铸件上，生产了数百万件，证明是一种既能满足压铸工艺性能要求，又具有良好切削加工性能的合金。