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压铸模具设计电子工业出版社压铸模具设计第2章压铸合金早期的压铸件是用铅、锡、锑等低熔点合金制造的，但应用于机械制造领域，这些合金并不是很理想的结构材料。要获得优质压铸件，除了要有合理的零件结构，完善的压铸模具和性能良好的压铸机外，还需要充分考虑压铸合金的使用性能、工艺性能、生产条件和经济性等多种因素。目前常用的压铸合金是铝合金、锌合金、镁合金和铜合金，铅、锡合金现在仅用于个别场合。近年来，黑色金属压铸特别是不锈钢的压铸已有一定的进展，但仍处于初始阶段，目前仅有很少量的应用。压铸模具设计第2章压铸合金2.1压铸用合金性能2.2常用压铸合金2.3压铸合金的熔炼压铸模具设计第2章压铸合金2.1压铸用合金性能1．具有足够的高温强度和可塑性，热脆性要小2．结晶温度范围小，流动性好，产生气孔、缩松的倾向小3．尽可能小的收缩率，产生热裂、冷裂和变形的倾向小压铸模具设计第2章压铸合金2.2常用压铸合金2.2.1压铸锌合金1．压铸锌合金的特点锌合金的压铸性能很好，具有结晶温度范围小、不易产生疏松，填充成形容易，浇注温度较低，模具的使用寿命较长，不易粘附模具型壁和铸件精度较高等特点。同时，机械性能优良，特别是抗压和耐磨性都很好。此外，锌合金铸件能够很好地进行各种表面处理，尤其是电镀，故在压铸发展史中，锌合金压铸占有相当重要的地位。压铸模具设计第2章压铸合金但锌合金存在着严重的缺点，首先是老化现象，它是锌合金应用范围受到限制的主要原因。尺寸变化也是锌合金压铸件的重要问题。锌合金的工作温度范围较窄，温度低于零下10℃时，其冲击韧性急剧降低；温度升高时，机械性能下降，且易发生蠕变。压铸模具设计第2章压铸合金2．压铸锌合金标准压铸模具设计第2章压铸合金3.压铸锌合金中各种元素的作用（1）铝铝含量一般在3.5～4.5％范围内。铝可以减少熔融的锌对黑色金属的侵蚀，当在这个含量范围内时，铁在430℃仍不溶于锌溶液中。同时，铝又能细化晶粒、强化合金，随着铝含量的提高，合金的强度及冲击韧性均有显著提高。但当铝含量超过4.5％时，对机械性能的改善不再有显著的作用，冲击韧性却反而降低很多。铝含量大于5％时，合金变脆；而小于3.5％时，则填充性能和机械性能均有所降低，增加了热裂性和收缩量。（2）铜加入铜这一元素，能显著地遏止晶间腐蚀，并且合金的强度和硬度都有所提高。当铜的含量超过1.5％时，其抗蚀性就不再继续提高。铜含量达到4％以上时，冲击强度将降低。（3）镁镁的含量很少，但对晶间腐蚀现象有显著地降低。其含量至少为0.03％，一般以0.04％为宜。但当铅、锡、镉等杂质含量较多时，镁的作用不太显著。镁含量超过0.08％时，会使合金有热脆性，并降低冲击强度和填充性能。此外，镁还略有细化晶粒和提高硬度的作用。（4）铅、锡、镉等杂质这些杂质除了引起晶间腐蚀现象之外，微量的锡、镉的存在，还会显著增加合金的热裂性。（5）铁、硅等杂质铁杂质会产生硬质的铁铝化合物。铁含量过多时，对机械加工性能、电镀前的抛光和填充性能都有影响。硅杂质是随着铝的加入而带入的，硅不溶解于锌中，而以结晶硅出现。故硅含量即使很少，对机械加工性能也是不利的。压铸模具设计第2章压铸合金2.2.2压铸铝合金1．压铸铝合金的特点铝合金具有良好的压铸性能，密度比锌合金小；比强度大；相对单位刚性值高；高温机械性能也很好，在低温下工作时，同样保持良好的机械性能（尤其是韧性）。铝的表面有一层与铝结合得很牢的致密的氧化膜，故大部分铝合金在淡水、浓硝酸、硝酸盐、汽油及各种有机物中均有良好的耐蚀性。氧化铝膜的化学稳定性及熔点都很高，故在高温工作时，仍有良好的抗蚀性和抗氧化性能。铝合金的导电性和导热性都很好，并且还具有良好切削性能。铝有较大的比热和凝固潜热，大部分的铸铝合金均有较小的结晶温度间隔，组织中亦常含有相当数量的共晶体，其线收缩较小，故具有良好的填充性能、较小的热裂倾向。但铸铝合金仍有相当大的体收缩值，易在最后凝固处生成大的集中缩孔。铝合金和铁有很强的亲和力，易粘模，宜在冷室压铸机上压铸。铝合金在许多方面特别是使用性能方面比锌合金优越。因此，铝合金的压铸发展极迅速，在各个工业部门中得到广泛的应用，用量远远高于其他有色合金，在压铸生产中占有极其重要的地位。压铸模具设计第2章压铸合金2．压铸铝合金标准压铸模具设计第2章压铸合金压铸模具设计第2章压铸合金3．压铸铝合金中各种元素的作用（1）硅硅是大多数压铸铝合金中的主要组元。硅与铝能组成固溶体，当合金中含硅量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又多时，即出现游离硅的硬质点。硅含量愈高，游离硅愈多，因而增加了切削加工的困难。（2）铜铜和铝组成固溶体，当温度为548℃时，铜在铝中的溶解度为5.65％，室温时降至0.1％左右。含铜4～5％的铝合金具有良好的铸造性（仅次于铝硅合金）。增加含铜量时，合金内呈现出共晶体（α+CuAl2)，提高了合金的流动性、抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性和塑性，热裂趋向增大。（3）镁含镁高的铝合金是一种最坚固的工业铸铝合金，具有良好的加工性，其比重在铝合金中也是最小的。（4）锌锌在铝合金中能提高流动性，但在高硅铝合金中，锌使合金的热裂趋向增加，而耐蚀性也有所降低，故应控制锌的含量在规定范围内。只有当合金中铜的含量达到0.8％时，锌的含量才允许有稍微的增加。（5）铁含有少量的铁（0.6～1.4％）对压铸来说是有益的，可以减少合金对模具的粘附。但也不宜过高，降低机械性能，特别是冲击性和塑性，这种组织还会使合金的流动性减低，热裂性增大。（6）锰锰在铝合金中能减少铁的有害影响。锰含量在0.4％以下时，尚能增加塑性。合金中锰含量高时，会引起偏析。（7）锡、铅这两种元素均能改善合金加工性，但会引起严重晶间腐蚀，降低合金的耐蚀性和高温时增加热脆性（当含量为0.5～1％）。压铸模具设计第2章压铸合金2.2.3压铸镁合金1．压铸镁合金的特点在各种压铸用的合金中，镁合金的最大优势是密度最小（1.76～1.83g/cm3），只相当于铸铁的25％，铝合金的64％左右，而机械性能又很好。镁合金的强度接近铝合金，其比强度明显高于铝合金和钢，比刚度则与铝合金和钢相当。与工程塑料相比，虽然工程塑料尤其是纤维增强塑料的比强度最高，但其弹性模量很小，比刚度远小于镁合金。因此，承受弯曲载荷的结构件的轻量化，以采用镁合金压铸件更为合适。镁合金的熔点低，低温变形小，在低温下（达-196℃）仍有良好的机械性能，故可制造在低温下工作的零件。镁合金铸件尺寸精度高，与铁的亲和力小，粘模现象少，有利于提高生产率和模具寿命。镁合金良好的流动性利于复杂件和细小件的成型。镁合金在承受冲击载荷时，能吸收较大的冲击能量，对声音和振动具有良好的消减功能。镁合金液易氧化燃烧，铸造时热裂倾向比铝合金大，在熔化、浇注和模温控制等方面都比铝合金压铸复杂。镁合金可用冷室或热室压铸机压铸。一般情况下，小铸件采用热室压铸，大件则采用冷室压铸工艺。压铸模具设计第2章压铸合金2．压铸镁合金标准压铸模具设计第2章压铸合金压铸模具设计第2章压铸合金3．压铸镁合金中各种元素的作用（1）铝压铸用的镁合金中，铝为基本组元。铝与镁组成固溶体，在共晶温度(436℃)时，其溶解度为12.6％。铝还与镁形成Mg3A12、Mg4A13或β(MgAl)和镁的共晶体。铝在合金中能提高强度、硬度，但降低其耐蚀性。由于铝的比重较小，是镁合金的最好强固剂。（2）锰锰在650℃时，在镁中的溶解度为3.4％；温度下降时，溶解度急剧下降，在400℃左右仅0.2％，到200℃时，溶解度为零。锰在合金中大大提高其耐蚀性，而以含锰量为1.35％时的耐蚀性最佳。同时还能中和铁在合金中的有害作用；含锰量不多时(0.5％以下)，能改善合金的机械性能。（3）硅硅几乎不溶于镁，在600℃时，其溶解度不超过0.1％。硅和镁形成熔点为1102℃的化合物Mg2Si，此化合物与镁形成熔点为638℃的共晶体。少量的硅(0.5％)能改善合金流动性和造型性，但降低塑性和耐蚀性(特别是合金中含有铁时)。（4）锌锌与镁形成熔点为341℃的共晶体。在共晶温度时，锌在镁中的溶解度为8.4％。含锌量在0.8％时，能提高合金的流动性和机械性能，同时，还有抑制铁和镍降低合金耐蚀性的作用。但当其含量大于2％时，会引起合金热脆性。（5）铁铁不溶于镁，而存在于晶粒之间。当合金中有锰时，则铁与锰组成化合物沉淀。铁降低合金机械性能和耐蚀性，是极为有害的杂质，应严加控制。压铸模具设计第2章压铸合金2.2.4压铸铜合金1．压铸铜合金的特点压铸件具有节约材料的特点，而铜又是一种价格昂贵的金属材料，因此，铜合金压铸件的应用范围正在不断扩大。目前虽然熔点高，模具使用寿命短，但因为铜合金所具有的许多优越性能，所以，铜合金在压铸生产中仍然比较普遍。铜合金的力学性能高，其绝对值超过锌、铝和镁等合金。铜合金在大气中及海水中都有良好的抗蚀性能，并且具有小的摩擦系数，耐磨性也很好，而且疲劳极限和导热性都很高，线膨胀系数也较小，故多用于制造耐磨、导热或受热时希望尺寸增大不多的零件。铜合金的导电性能也很好，并且具有抗磁性能，常用来制造不允许受磁场干扰的仪器上的零件。压铸铜合金时，压铸温度接近或高于1000℃，工作条件极为恶劣，压铸模使用寿命短。如何提高铜合金压铸模使用寿命，是铜合金压铸件应用的关键问题。要提高铜合金压铸模使用寿命，就必须大力发展和选用压铸模新钢种并采用新技术。压铸模具设计第2章压铸合金2．压铸铜合金标准压铸模具设计第2章压铸合金压铸模具设计第2章压铸合金2.3压铸合金的熔炼2.3.1熔炼设备熔炉压铸生产过程用的熔炉有熔化炉和保温炉。在小量生产和压铸机少的情况下，常常是在保温炉内直接进行熔化，然后精炼使用。压铸合金的熔炉以坩埚炉为主，根据热源的不同可分为燃料炉和电炉。电炉既可用于熔炼，也可用于保温。压铸生产中常用的坩埚材料有石墨和金属两种。在熔炼锌合金、铝合金和铜合金时，均可采用石墨坩埚。石墨坩埚不能用来熔炼镁合金，因为硅元素是所有镁合金都不宜存在的杂质。同样，对含镁量高的铝合金，也不能用石墨坩埚熔化。金属坩埚一般用于锌、铝、镁合金的熔炼。金属坩埚的材料多为铸铁、铸钢和钢板焊接等几种。材料为铸铁的坩埚，耐热性差，容易损坏，但价格低廉，制造容易，生产中广泛使用，熔化锌合金多用铸铁坩埚；熔化铝合金可用普通灰铸铁、耐热铸铁、铸钢或钢板焊接的坩埚；熔化镁合金可用铸钢或低碳钢板焊接的坩埚，但不能用含镍的钢坩埚。除坩埚炉外，在压铸生产中，也采用一些其他形式的电炉，如高频或中频感应电炉、电弧炉。这些炉子多用于铜合金的熔炼。压铸模具设计第2章压铸合金2.3.2压铸合金的熔炼1．锌合金的熔炼（1）为了防止锌合金的“老化”，除了选用高纯度的新材料外，还应严格控制熔炼过程，防止有害杂物混入；对回炉料的成分及有害杂质应经化验分析，确定其含量后才能投入使用，混杂在回炉料中的铁及其他杂质要清除掉。（2）锌的沸点低，易蒸发，易氧化。锌过热时，对组织和力学性能均有影响，故要严格控制熔炼温度，一般为440~480℃范围内，并且还应加有覆盖剂。（3）先加入熔点较高的铝锭、铝铜中间合金，然后加人回炉料和锌，并撒上一层20mm厚覆盖剂，最后用钟罩压入镁锭，除去覆盖层，用占料重0.25％～0.3％的精炼剂精炼，除渣后浇成铸锭或转保温炉待用。压铸模具设计第2章压铸合金2．铝合金的熔炼（1）当用金属锭及中间合金熔炼时，首先是装入金属锭，然后再装入中间合金。当用预制合金锭、回炉料熔化时，则首先是装入此类炉料，然后再装入为调整化学成分所需加入的金属锭或中间合金；对于一些易于损耗、熔点低的炉料，应该在熔炼末期加入，如镁和锌，它们是在其他炉料熔化完以后，于温度达到690～700℃时加入。（2）炉料装入后，即开始了各种炉料的熔化过程，在这个过程中应尽量缩短熔炼时间，并严格控制炉温，以防止合金液过热，因为熔炼时间越长，合金液过热度越高，合金液吸