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一种力学性能优异的压铸铝合金新品种
[ 发布者:管理员  来源:本站原创  发布日期:2012/11/15  阅读:2387 ]

    工业生产中某些压铸件,既要求有高的强又要求有较高的延展性,降低合金中的含铁量,消除其产生脆性相的有害作用。但是,如何克服由于含铁量低,产生严重的粘模倾向,却是一个难题,?#22771;?#22312;国际上有了新的突破。

当前已研制出一种称之为Silafont36压铸铝合金,其含Si量略低于AlSi共晶合金,以保持较高的流动性能,但是把含Fe量降低到(质量?#36136;?0.15%以下,消除了板块状的AlFeSi相的存在,使铸件在受力状态下不会产生龟裂。关于粘模问題,以提高含Mn量作为主要手段。Mn与Fe一样?#26448;?#38450;止合金粘模,而且在组织上不会出现针状相而以球状相呈现。
    在此类合金中的Sr作为长效变质剂,以细化铸态下的Si相晶粒,也保证了铸件经热处理后在铸态下仍能保持较高的延展性。Mn?#26448;?#36215;到以上的作用,而且效果明显。
     这种合金另一种显著的特点是可以施焊,也可以热处理。经淬火后对试棒进行测试。结果显示,其最高屈服强度值为280MPa,伸长?#39318;?#39640;可22%。这?#20013;?#22411;合金已用于加工整体式框形托架气车空间立体构架接头、办公室座椅撑架、汽车转向盘骨架、汽车前横梁。
     1.合金的化学成分及在不同条件下的力学性能
     有关Silafont一36具体的化学成分及力学性详细数据,可参见表1~表3。
表1  S i I afont一36合金的化学成?#22336;段?nbsp;   w%

Si

 Fe

 Cu

 Mn

 Zn

 Ti

Sr

Al 

 9.5-11.5

 0-0.15

0-0.03 

0.5-0.8 

0.1-0.5 

0-0.08 

0.04-0.15 

0.01-0.02 

 0-0.001

表2测定力学性能的周边条件

 编号

铸件 

压铸机型/KN 

棒厚度/mm 

 1

 试验平板

 4300

 4.0

 2

 气缸?#21069;?/P>

 16000

 3.8

 3 

 后车架纵梁

 7500

 2.5

     随着含Mg量的增加,其伸长率从11.2%下降到5.8%,屈服强度由117MPa上升到146MPa,同时抗拉强?#20154;?#30528;含Mg量的增加由250MPa上升到286MPa。Mg达到极限值0.5%?#20445;?#23624;服强度不再增加,此时多余Mg以Mg。Si相析出,不再强化铝共晶体。
 表3铸态力学性能

编号

 w(Mg)%

 σ0.2MPa

  σsMPa

δ5 %

 3

 0.15

 117

 250

 11.2

 3

 0.28

 121

 264

 10.2

 3

 0.30

 133

 279

 8.1

 2

 0.33

 141

 261

 6.3

 1

 0.42

 146

 286

 5.8

    表4中的力学性能是在固溶退火(即扩散退火)(490C/3 h)然后淬火处理后测得?#27169;?#20854;屈服强?#20154;?#30528;含Mg量的增加从94MPa到141MPa,抗拉强度的?#27573;?#20174;206MPa到259MPa略低于铸态。比较大的波动在于伸长率。随着含Mg量的变化处于20.6%~15%之间变化,这里所要注意的是Si的形成与其析出物有关。
表4在铸态下经T4处理的力学性能

编号

 w(Mg)%

 σ0.2MPa

  σsMPa

δ5 %

 3

 0.15

94

206

20.6

 3

 0.20

107

 223

 20.4

 3

 0.25

 119

 229

17.3

 2

 0.28

 121

 242

 16.7

 1

 0.42

 141

 259

15.0

表5 Mg的质量?#36136;?#20026;0.3%时铸态下经T5处理的力学性能(编号为1)

 温度/C

时间/h

σ0.2/MPa

σs/MPa

δ5 /%

 170

 1.0

157 

291 

7.1

 170

2.0 

169 

 292

5.0

 170

 3.0

 185

 302

6.0

 170

 4.0

 188

 305

8.5

 170

 5.0

 197

 309

7.1

 170

 6.0

 195

 309

8.5

 170

 8.0

 201

 313

8.9

 200

 0.5

 211

 316

8.4

 200

 1.0

 212

 314

7.9

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

铸件出模后?#21019;?#20837;水中,然后人工时效。最新研究表明水淬后仍能达到较高的伸长率,人工时效的温?#21364;?#20110;<300℃下实施。
表6  Mg的质量?#36136;?#20026;O.3%0时铸态下经T5处理的力学性能(铸件编号为2)

 温度/℃

时间/h

σ0.2/MPa

σs/MPa

δ5 /%

 170

193 

290 

4.5 

 170

199 

295 

4.8 

 170

206 

300 

5.0 

 200

0.5

193

290

5.7

 200

 200

 297

5.6

 200

 1

 199

 293

5.8

 200

0/5 

180 

268 

3.5 

 
     通过T5处理特别?#34892;?#36259;的是伸长率并未下降,而是停留在5~9之间(见表5)。
     T6处理可以达到最高的强度,它是一种完全固溶退火的热处理,淬入水中后最后作人工时效,但是措施要得?#20445;员?#20813;铸件有产生变形的危险。如有最高强度的需要?#20445;?#20854;含Mg量要超过0.3%,以充分利用合金时效硬化的能量,其伸长率的变化无疑将达到?#31995;?#20540;。
    T6处理可以超越其最高强度值,图1表达了在含Mg量为0.3%时过时效时问的力学性能。强度的最高点,其屈服强度值为240MPa而抗拉强度达310 MPa,其伸长?#25163;?#23569;达到7.1%。
    个别的试验指出,在采用较高的固溶退火温度结合到较高的含Mg量?#20445;?#20854;屈服强度超过280MPa而伸长率仍超过3%。


  图1  力学性能为时效时间的函数(Mg的质量?#36136;?nbsp; 
为O.3%,热处理规范:490%/3h淬入水中,时效温度:170℃)

     图1的曲线表明,随着时效时问的增加,提高到过时效状态,伸长率不会上升。?#37038;?#38469;铸件的试验?#38156;?#20197;看出,相应的热处理后的伸长率可能达到20%,屈服强度值达到120~130 MPa。
     图2为各种热处理条件?#38109;?#23398;性能?#27573;?#30340;全貌,值得注意的是Mg的含量要与所希望的性能指标相协调。较高的伸长率与?#31995;?#30340;屈服强度值之间有联系,且会产生逆反结果。
     2合金的疲劳强度测试
     对试棒在F1,T4及T6状态下作疲劳强度试验,并得出应力疲劳曲线如图3所示。

    伸长率/%
     图2各种热处理条件下的屈服强度及伸长率
  

    图3考虑到热处理条件下的应力疲劳曲线
     试验是在高频脉冲下F=115 Hz下进行,R?#31561;?#19968;1,即其处在交变载荷循环?#27573;?#20869;脉动。曲线适用于5%断裂的几率。从图3?#38156;?#30693;,根据以前的试验,其疲劳强度与热处理状态无关,在铸态证明能达到最高的疲劳强度,其次为T4及T6状态。确?#28783;?#38388;差别并不大,在铸态其疲劳强度值可达89MPa,为其屈服强度的66%。致于疲劳强度与热处理状态无关,其道理尚不清楚。
     3实际例证
     这?#20013;?#22411;合金已用于大多数铸件上,在其使用之间应注意到浇注之前要进行净化及除气;通过加Sr变质有提高吸氢的倾向;填充压室及浇注时要处于稳定状态;充型速度要低;内?#38477;?#25130;面积要比普通压铸要大。
     前述的一系列铸件皆有不同的?#35759;齲?#26681;据实践经验,即使大面积铸件也容易脱模,不会粘附模具。模具的磨损处于正常?#27573;?#20869;,与所采用的Fe的质量?#36136;?#20026;0.5%的普通合金相等。
     腐蚀性能可以与Al-Si合金相?#21592;齲?#20063;就是]新型合金不具有腐蚀性倾向,证明也无应力腐蚀裂纹出现,从空间构架接头零件、铸件与铸件的焊接件或铸件与延展性合金的焊接件在制造中皆无问题。
     4结语
     常规的压铸合金其含Fe量(质量?#36136;?#37117;超过0.3%?#21592;?#20813;粘模,而新型合金却反之,其含Fe量(质量?#36136;?lt;0.15%,粘模问題可通过冶金工厂特殊的炼处理,使含Mn量(质量?#36136;?#22788;于0.5%~0.8%而得以防止。低的含Fe量可以阻止组织上出现板块状金属相,使材料具有良好的延展性。通过有上的地加入质量?#36136;?#20026;0.1%~0.5%的Mg,结合热处理,屈服强度可达到280MPa,伸长率可达到22%。含Si量(质量?#36136;?#20026;9.5%~11.5%,结合Sr长效变质,保证有良好的流动性;铸件可以热处理和焊接。新型合金在压铸件的范畴内打开了新的领域。
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