压力对ADC12铝合金超低速压铸件组织及力学性能的影响

     L压铸压力对ADC12铝合金超低速压铸件组织及力学性能的影响纪莲清12，熊守美2，村上正幸3，松本悦豪3，池田伸吾3（1.郑州轻工业学院机电工程学院，郑州450002；2.清华大学机械工程系，北京100084；3.曰本东洋机械金属株式会社压力对ADC12铝合金铸件组织及力学性能的影响。试验结果表明，在超低速试验条件下，持压时间越长、增压延时时间越短，铸件性能越好；铸造压力导致初生相形态发生变化，但铸造压力有最佳值，压力较小时，增大铸造压力可使相细化，铸件性能升高，过大的铸造压力将导致-相粗大，使铸件性能下降；在无增压条件下，仅采用较大的压射压力也可使-相组织细小，获得较好的力学性能。

    孔洞类缺陷是压铸中公认的主要缺陷之一，钼合金中金属液流动过程的卷气和凝固过程的收缩是产生孔洞类型缺陷的主要原因。这不仅使铸件力学性能下降，不宜进行热处理，而且降低了压铸件的耐压性和气密性，限制了压铸件的使用。因此，研究超低速压铸工艺以减少压室及型腔中气体含量，并同时采用合理的铸造压力以减少或消除铸件的缩孔、缩松十分必要。压铸时理想流态应是慢压射冲头慢速前进，排出压室中的气体，直至合金液充满压室，再选择合适的快压射速度，在合金液不凝固的情况下充满型腔，然后压射冲头以高速、高压施加于合金液上，使压铸件在静压力作用下凝固，以获得表面光洁、轮廓清晰、内部组织致密的压铸件。超低速（supperslowspeed，以下简称SSS压铸正是利用极低的压射速度，将液态金属在高压（几十兆帕至一百二十兆0）作用下以层流方式填充压铸模型腔，并在压力下快速凝固而获得气体含量很低的压铸件的一种工艺方法（气体量控制在收稿曰期：2007-07-17收到初稿，2007-09-01收到修订稿。：纪莲清（1966-），女，河南淇县人，硕士，。研究方向为。材料成形，机械设计及理论。E-mail：ilqzzuli.edu.cn内外不少学者对一般压铸时加压开始时间、加压压力、速度等对铸件密度变化的影响进行了大量的研究，但对超低速压铸工艺的研究还未见报道。本研究中，以工业用压铸钼合金ADC12为研究对象，设计了标准拉伸试棒金属模具并进行超低速压铸试验，从铸件密度、力学性能、组织等方面，考察不同超低速压铸条件下铸造压力、持压时间、压延时及压力阀开度对铸件力学性能的影响。

    1试验过程1.1试验材料试验所选材料为商业用压铸钼合金IS（曰本工业标准ADC12，用ICP（等离子体发射光谙仪Vista-MPX测得其化学成分（质量分数为Si 12超低速压铸工艺参数试验根据GB/T13822-1992篥造有色合金试样A型的规定，设计并制作了如圄1所示超低速试验的模具，浇口尺寸，并应用该模具对各种压力影响因素进行了较详细与系统的研究。试样在650t冷室压铸机（TOYOBD-650-V4-N上进行压铸，基准条件为：浇口熔体温度700C、模具温度150C、除气时间20min、料柄厚度40mm，采用超低速专用低速离型剂（与水的比例130，冲头用低速润滑剂润滑。

    将试样从浇口处取下，测量不同试验条件下试样（圄1）的密度（T5003型电子天平，精度001g及其力学性能（CSS-2220B电子万能试验抑，并在所得压铸件上截取并制备金相试样，在金相显微镜（DMM-400C光学显微镜及扫描电镜（LEO-1530热场发射扫描电镜）上观察微观组织及断口，用XRD（brukeraxs公司的D8ADVANCEX射线衍射仪）和EDS（英国OXFORD能谙仪测定相组成。在万能材料试验机上进行拉伸，圄中白色区域为初生-相，深色为-相+Si的共晶组织。当铸造压力加到100MPa时，初生-相虽然仍为树技晶状，但与较低铸造压力时相比，其一次和二次技晶臂明显变小或变短，分布也很均匀，如圄3c所示，故铸造压力为100MPa时铸件性能比铸造压力为80 7MPa有较大的提高。当铸造压力进一步提高到120.5MPa时，初生'-相的凝固形态发生变化，已由发达的树技晶转变为宋薇状，组织中出现了更多的球状或粒状初生（-相，但）-相晶粒较粗大，且分布不均匀，使铸件的性能有所降低。可见，铸件的性能随铸造压力的变化规律和-相技晶形态的变化规律一致。当仅采用较大的高速压射压力而不施加压压力时，其初生+-相比铸造压力为807MPa时还要细小（圄3a，故其性能也比80要好。有较多的研究人员研究了挤压铸造时压力对有色金属及其合金组织及性能的影响，认为随压力大铸件组织细化，性能提高，但还没有报道有人研究过压铸时铸造压力达到一定程度后铸件组织和性能的变化规律，其具体原因和压铸时过大的凝固速度导致非平衡凝固有关，也可能仅和超低速压铸工艺有关，这有待进一步分析研究。由表1可知，铸造压力由高速压射压力和压压力两部分组成，高速压射压力的作用和压射比压的作用相似，且高速压射压力可以持续到铸件凝固，采用较高的高速压射压力可以提高合金液的充型能力，使先凝固层晶体脱落、断裂及殖，使凝固后的组织较为细小，故采用较大的高速压射压力可使铸件获得较好的性能。

    由于压铸时的凝固速度很大，非平衡凝固组织中溶质元素分布不均匀（圄4，大铸造压力可降低铸件的偏析，使性能得到提高。圄5是铸造压力为100MPa时超低速铸件的拉伸断口形貌，铸件的拉伸断口为静拉应力造成的混合断口，有典型的辐射状棱线形貌，可以很容易据此找到裂纹源（圄5扫描断口由多个解理平台组成，很少有韧窝，且断口上有较多的二次裂纹，呈典型的脆断特征（圄5b.不同铸造压力下心部组织阳4不同位聊共品硅组织的能谱分析4结论（1）超低速压铸铸件的密度较高，在相同的铸造压力和增压延时时间下，浇口截面积越大越有利于合金液充型，铸件的性能也越好；持压时间越长、增压延时时间越短，铸件性能越好。

    （2）压射压力和压压力对铸件的性能都有影响，适当提高铸造压力可细化合金中的初生！-Al技晶，使铸件性能提高。但过高的铸造压力下初生"-A1由技晶状变成了球状或粒状，组织粗大，分布不均匀，铸件性能下降，超低速压铸时铸造压力为100MPa时性能最好。在无压条件下，仅采用较大的压射压力也可使铸件获得较好的力学性能。