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镁 合金具有密度小、比强度高、机加工性能和减震性 能好等特点,且镁合金应用零件绝大部分是压铸 成形。近年来,压铸镁合金的应用范围越来越宽,在汽车、电子、家电、通讯、医疗等领域得到了 广泛的应用<1-3>。ZA85合金是Mg-Al-Zn三元合金中性能较好的成分组合,其高 温性能优于AZ91合金,有研究表明,ZA85或ZA84金属型铸造合金和压铸合金中存在晶 界准晶相,这是其高温性能良好的重要原因<4>。在保证合金液熔炼质量过关的基础上选取适当 的工艺参数是获得良好力学性能压铸件的关键。本文研究了在冷室压铸条件下工艺参数对ZA85 合金铸造性能、显微组织和力学性能的影响。试验采用的镁合金为ZA85,成分如表1所示。原 材料为工业纯镁锭、锌锭、铝锭和细锰粉,纯度均在98%以上。试验生产的零件是汽车电器上的 转动支座,其形状如图1所示。1试验条件及过程将坩埚预热到呈暗红色,在其内壁及底部均匀撒 上一层粉末状的RJ-2号熔剂,然后分批加入镁锭,并在每次加入的镁锭上都要撒上一层熔剂, 待镁锭全部熔完后按熔点的高低顺序依次加入Mn、Al、Zn,合金熔完后扒渣,升温到720 ℃开始精炼,精炼时熔剂的加入量约为原料重的2%左右,用精炼勺上下搅动到液面呈镜面为上, 静置15min后进行压铸。在灌南牌J1113G1250kN卧式冷室压铸机上压铸样品,每 个样品用数码相机拍照,观察和记录其表面质量,然后利用阿基米德原理测每个样品的密度;在样 品的不同部位分别取样,样品的规格如图2所示,在微机控制WDW-10型电子万能拉伸机上做 拉伸;在HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计上测定布氏硬度,加载载荷为613N,压球直径为2.5mm,保压时间30图1转动支座三维外观图 Fig.1Tridimensionalexternal appearance of the test projects,在每个试样的六个不同部位测定硬度值,取其平均值;按照标准金相试样制备方 法制备金相试样,组织浸蚀剂为4%硝酸酒精,在MM-6型卧式金相显微镜下观察显微组织,拍 摄金相照片;相结构分析在D5000型X射线衍射仪上进行,加速电压为30kV,电流为20 mA,记速率仪的时间常数为0.5s,测角仪连续扫描速度为0.01(°)/s,扫描范围为 10°～90°。2.1试验方案的确定在压铸成形过程中,对铸件力学性能影响显著的工艺参数 主要是浇注温度、压射比压和模具温度<5>。为了研究这3种压铸工艺参数对ZA85合金力学 性能的影响,进行了3因素3水平正交试验,正交试验表见表2,试验参数数值是根据参考文献、 实践经验及实验室本身的条件来确定。试验结果见表3。正交试验结果的直观分析见表4。从表中 看出,浇注温度对性能的影响最显著,其次是压射比压,最后是模具温度。2.2压铸工艺参数对 ZA85合金性能及显微组织的影响在正交试验的基础上,压射比压、浇注温度和模具温度3个参 数中两个参数固定,另一个工艺参数对ZA85合金力学性能的影响如图3所示。图2拉伸测试的标准试样Fig.2Standardspecimen of tensile test表2正交试验因素水平表Table2List of factors and level水平123因素浇注温度/℃压射比压/MPa模具温度/℃660690720405060140180220表3试验结果 Table3Result of experiment因素水平号压射比压浇注温度模具温度σb/MPaδ(%)HBS1234 5678911122233312312312312323131218019819519 22122001701961756870607565706570634.04.54.24.05.04.34.04.53.0表4试验结果的直观分析 Table4Analysisof the result of experimentR值A压射比压B浇注温度C模具温度影响的显著性拉伸强度伸长率布氏硬度 210.74220.9540.66B、A、CB、A、CA、B、C图3压铸工艺参数对ZA85合金力学性能的影响Fig.3Effectof die casting processing parameter on mechanical properties of ZA85alloy压射比压/MPa(a)压射比压浇注温度/℃(b)浇注温度模具温度/℃( c)模具温度2.2.1压射比压图3a是模具温度为180℃、浇注温度为690℃时,合金力 学性能随压射比压的变化情况;图4a是密度随压射比压的变化情况;图5是合金晶粒大小随压射 比压的变化情况。从图3a可以看出,随着压射比压的增加,合金的抗拉强度、伸长率与表面硬度 都是增加的;从图4a可以看出,铸件的平均密度是随着比压的增加而增大的,从图5中可以看出 ,合金的晶粒大小随着压射比压的增加而减小。这主要因为高压射比压使作用在金属液上2试验结 果与分析的补缩压力随之增加,铸件就得到有效的补缩,其结果铸件内形成缩孔和缩松的倾向减少 。较高的增压压力还会将卷入的的气体进一步压缩,使气孔的面积分数和尺寸减小。因此铸件的密 度增加,其力学性能也更好。再有,试验用的零件壁厚较厚,为了有效的补缩及充型,故选用高的 压射比压60MPa。2.2.2浇注温度图3b是模具温度为200℃、压射比压为60MPa 时,合金力学性能随浇注温度的变化情况;图4b是铸件密度随浇注温度的变化情况;图6是铸件 表面质量随浇注温度变化情况。从图3b可以看出,随着浇注温度的提高,抗拉强度和伸长率是先 增加而后降低的,大约是在690℃时,抗拉强度和伸长率有最大值;硬度也有如此变化,但变化 相对平缓一些。从图4b看出,铸件的密度随着浇注温度的提高而减小。从图6a可以看出,在浇 注温度过低时(≤660℃),部分零件出现了冷隔、浇不足等现象;但是浇注温度太高时(≥7 20℃),易出现飞溅、毛刺及在铸件内部产生严重的缩松及气孔等缺陷,降低了合金的力学性能 ,如图6c所示;在浇注温度为690℃左右时,表面质量与力学性能都较好;同时随着浇注温度 的提高,显微缩松的数量及面积增加,过多的缩松同样也会恶化铸件质量,降低其力学性能。适宜 的浇注温度不仅改善充型能力,防止缺陷的产生,而且可以避免浇注过过程中的氧化燃烧<6>。综合考虑各方面的因素,最佳的浇注温度为690± 10℃。图4压铸工艺参数对铸件密度的影响Fig.4Influenceof die casting processing parameter on density of the product图5压射比压对ZA85合金晶粒大小的影响Fig.5Influence of injection pressure on grain size of ZA85(a)40MPa(b)50MPa(c)60MPa图6浇注温度对合金铸件表面质量的影响Fig.6Influence of pouring temperature on casting surface quality of ZA85(a)浇注温度660℃(b)浇注温度690℃(c)浇注温度720℃2.2.3模具 温度图3c是压射比压为60MPa、浇注温度为690℃时,模具温度对ZA85合金力学性能 的影响。从图中可以看出,随着模具温度的提高,抗拉强度和伸长率是先增加后减少,在200℃ 时有最大值;硬度则随模具温度的提高是一直下降的。从图4c可以看出,铸件的密度随着模具温 度的提高而减小。从图7可以看出,当模具温度为150℃时,因温度偏低,部分零件出现了浇不 足,如图7a所示,但当模具温度较高(≥250)时,粘型严重,部分零件顶出时开裂,如图7 c所示。从图8可以看出,随着模具温度的提高,晶粒尺寸增大,且其内部气孔和缩松也随着增加 ,综合考虑对力学性能及铸造性能的影响,最适宜的模具温度为200℃。综上所述,ZA85合 金压铸的最佳工艺参数:压射比压60MPa,浇注温度690±10℃,模具温度200±10 ℃。在此工艺参数下,零件有最好的力学性能与铸造性能。2.3ZA85压铸合金的显微组织图 9和图10分别是压铸态ZA85合金的X射线衍射图谱与其显微组织的照片,由图可知,ZA8 5合金的压铸态组织主要是由α-Mg+MgZn+Mg32(Al,Zn)49相组成。合金组 织主要由基体α-Mg和离异共晶化合物MgZn组成,另外还有少量的准晶相Mg32(Al, Zn)49。离异共晶化合物相呈不规则形状,大部分分布在晶界附近,少部分位于晶粒内部。图7模具温度对ZA85合金铸造性能的影响 Fig.7Influenceof mold temperature on casting character of ZA85(a)模具温度150℃(b)模具温度200℃(c)模具温度250℃图8模具温度对ZA85合金晶粒大小的影响Fig.8Influence of mold temperature on grain size of ZA85(a)模具温度150℃(b)模具温度200℃(c)模具温度250℃图9ZA85压铸合金的XRD图谱Fig.9XRD spectrum of die casting ZA85alloy图10ZA85压铸合金的显微组织Fig.10Microscopic structure of die casting ZA85alloy选取的零件是汽车电器上的转动支座,图1是其三维外观图,借用其生产用铝合 金压铸型,在灌南牌J1113G1250kN卧式冷室压铸机上进行试生产,压铸工艺参数选定 本文已探索的工艺。经过多次试验证明,在此工艺条件下,产品合格率达到90%。零件毛坯质量与使用中的铝合金零件相当,力学性能稍低于铝合金,但能满足使 用要求,机械加工

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