剖析壓鑄鋁合金機械的加工

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目前，工業上應用的壓鑄鋁合金主要有以下幾大系列：Al-Si、Al-Mg、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg等。壓鑄鋁最常用的是共晶型鋁硅合金ZL102，雖具有優良的鑄造性能，但是，它的強度不高，機械加工性能較差，限制了它的使用。因此，必須研究開發一種既具有ZL102合金優良的壓鑄工藝性能，又能提高機械加工性能的壓鑄鋁合金。

一、合金的開發及應用

傳統壓鑄鋁合金件不宜進行熱處理，這制約了壓鑄鋁合金力學性能的提高。目前，壓鑄鋁合金已廣泛應用于汽車結構件的生產，但對于車體等對力學性能要求高的壓鑄件，僅靠現有壓鑄鋁合金尚難滿足需要。為提高壓鑄鋁合金的力學性能，擴大壓鑄鋁合金的應用范圍，國內外研究人員一直在進行新型壓鑄鋁合金的開發，主要包括兩個方面：一是通過合金成分優化或添加合金元素的方法對現有合金系優化；二是新型壓鑄鋁合金系的開發。

二、試件準備

在ZL102鋁合金的基礎上，加入Bi，研制出一種易機械加工壓鑄鋁合金。對研制的易機加壓鑄鋁合金和ZL102合金在同樣的電阻爐中熔煉后，用J1113A型壓鑄機壓鑄試樣。壓室直徑40mm，澆注溫度650~700℃，壓鑄出同樣的兩種鋁合金試樣，供進行對比測試。

三、兩種試件合金性能的檢測

1、機械加工性能

主要進行車加工和鉆加工試驗，車加工和鉆加工均在普通設備上進行。表面粗糙度用2201型表面粗糙度檢測儀測試。

2、壓鑄工藝性能

主要檢測合金流動性、出型性和充型性，流動性采用砂型螺旋試樣測定其長度。出型性主要檢驗出型后壓鑄件表面是否粘型。充型性主要觀察壓鑄件充填情況，檢查是否有欠鑄、冷隔等壓鑄缺陷。

3、耐腐蝕性能

（1）高低溫交替試驗

將試樣放在40~45℃的保溫爐中經過3h取出，在室溫放置2h，重復以上試驗，一次為一個周期，經過20個周期試驗后，觀察兩種合金試樣表面有無變化。

（2）耐腐蝕試驗

將試樣表面涂上一層腐蝕劑在室溫下放15d，觀察兩種試樣有無變化。

（3）腐蝕產物稱量

將ZL102、易機加壓鑄鋁合金兩種試樣磨光、磨平和洗凈，稱其質量，然后用體積分數分別為3%和1%的NaCl和H2O2水溶液腐蝕，每24h觀察一次，72h取出后用體積分數為5%的HNO3水溶液去除合金上的腐蝕沉積物，清洗干凈后稱試樣質量。四、試驗結果及分析1、金相組織ZL102合金的共晶硅粗大且呈針片狀，易機加壓鑄鋁合金的共晶硅細化，呈團狀或粒狀。

2、機械加工性能

在不加切削液的條件下，采用硬質合金刀具進行粗車，ZL102合金的車屑較長，不易斷裂，多呈厚薄不均的卷曲狀；而易機加壓鑄鋁合金的車屑較短，易斷裂，多呈厚薄均勻的不太卷曲碎片。ZL102合金的鉆屑厚薄不均，而易機加壓鑄鋁合金的鉆屑均勻。最后用高速鋼刀具精車，并測其兩種合金試樣的表面粗糙度，其結果是：ZL102合金的表面粗糙度Ra=2.8~3.2μm，易機加壓鑄鋁合金的表面粗糙度Ra=1.21μm。易機加壓鑄鋁合金比ZL102鋁合金機加性能好，其主要原因如下：

（1）在ZL102鋁合金的基礎上加入適量的有利于改善切削性能和力學性能的Cu，Pb，Bi，Mg等合金元素。使合金組織中出現了CuAl2，Mg2Si相，鋁合金的共晶硅呈團狀或粒狀，所以機械加工性能得到提高。但是，Cu和Mg的加入量應控制在2%左右，過多將使合金變脆。ZL102合金的共晶硅呈粗大針片狀，嚴重的割裂了Al的基體，在Si相的尖端和棱角處引起應力集中。機械加工時，破碎的Si晶粒從加工表面被剝落，使加工表面粗糙。

（2）易機加壓鑄鋁合金的抗拉強度和硬度比ZL102合金高，而伸長率低，使合金塑性降低，改善了機械加工性能。

3、壓鑄工藝性能

（1）流動性砂型螺旋試樣ZL102合金平均長度為1125mm，易機加壓鑄鋁合金平均長度為985mm，易機加壓鑄鋁合金的流動性不如ZL102合金好。

（2）出型性兩種合金各壓鑄100件，宏觀觀察均未產生粘型現象。各抽檢5件，測其表面粗糙度，平均值均在1.6~3.2μm范圍內。

（3）充型性兩種合金各壓鑄50件同樣的薄壁零件，0.5mm薄壁處，成形均完好，均未產生冷隔或欠鑄缺陷。易機加壓鑄鋁合金的流動性不如ZL102合金好，但因壓鑄是在高壓、高速下充型，與重力鑄造相比，流動性顯得不那么重要。出型性和充型性試驗已表明易機加壓鑄鋁合金可以滿足壓鑄工藝性能的要求。

4、腐蝕性能

（1）兩種合金試樣的高低溫交替試驗20個周期，表面均無變化。

（2）兩種合金涂腐蝕劑，室溫下放置15d，兩種合金試樣均無變化。

（3）兩種合金經腐蝕后，減少質量的平均值，易機加壓鑄鋁合金，易機加壓鑄鋁合金的耐腐蝕性能和ZL102合金比較相差甚小。

五、結論

1、易機加壓鑄鋁合金比ZL102金相組織細化，共晶硅由粗大的針片狀變為細化的團狀或粒狀。

2、易機加壓鑄鋁合金機械加工性能明顯高于ZL102合金，抗拉強度提高了14.17%。3、該合金現已用于支架、托盤等多種壓鑄件上，生產了數百萬件，證明是一種既能滿足壓鑄工藝性能要求，又具有良好切削加工性能的合金。