铝合金 Page2:冷室压铸机与热压室压铸机的比较 Page3:冷室压铸机与热压室压铸机的典型结构 Page4:铝合金的定义与特性 Page5:铝合金比纯铝的优势与应用 Page6:铝合金中各种金属元素的作用 Page7: MMP现有铝料种类 Page8:MMP铝料合并及成分控制 Page9:部分国家铝合金成分对照表 Page10:美国与日本合金牌号对照表 Page11:各系铝合金的性能比较 Page12:二元合金相图 Page13:相图的解读 Page14:合金的性能和相图的关系 Page15:合金性能与相图关系示意图 Page16:各种合金的使用温度 Page17:铝合金液易出现的问题 Page18:铝合金熔炼与浇注 Page19:MMP使用熔炉 Page20:MMP使用除气试验设备 Page21:铝硅合金变质金相 Page22: W0915金相分析 Page23:关于B390料 热压室压铸机与冷压室压铸机 ? 热室压铸机的压射室与熔炉是连接在一起的，工作 时压射室浸在合金液中工作，始终处于热态。金属 液在重力和真空力的作用下，自动补充进压射室， 所以工作循环周期短，生产效率高。由于金属液从 液面下进入压室的。比重较轻的料渣不易进入压室。 金属液与空气的接触机会也大幅度减少，料管在保温 状态下工作，金属液在流动中不易冷却，故压铸件 的质量很高。但由于热室压铸机工作条件恶劣，受 制作材料的限制，只能压铸熔点较低的合金，如 锌，镁，锡，铅 ? 冷室压铸机压射室与熔炉是分开的，所以循环周期 较长，效率低。但是由于压射室与金属液接触时间 短，因此能承受熔点高的金属液，可以压铸熔点 高的合金，如铜，镁，铝合金等。 两种压铸机的典型结构 各种合金的性能比较 ? 锌合金：压铸性能好，铸件表明光滑，尺寸精度高。浇注温度低，模具寿命 长。力学性能也较高，特别是抗压和耐磨性好。能很好的接受表面处理，如 电镀，喷涂，喷漆。但易老化，工作范围窄。温度不高于0度，冲击韧性急剧降 低。温度上升，力学性能直线下降，且易发生蠕变。另外密度大，航空，电子， 仪表很少采用。尺寸变化也是锌合金铸件的重要问题。 ? 铝合金：铝合金很多方面特别是使用性能方面比锌合金优越。压铸性能良 好，密度小，比强度大，高温力学性能好，低温下工作时，同样保证良好的 力学性能（尤其是韧性）。铝表面有一层与铝结合的很牢很致密的氧化膜， 故耐蚀性好。但是氧化膜能被氯离子，碱离子破坏，故在碱中，碳酸盐，盐 酸及卤化物中很快腐蚀。导电性与导热性好并且拥有非常良好的切削性能。但是 铝合金有相当大的体收缩率，易在最后凝固处生成较大的缩孔。另外，铝硅 系合金还易粘模 ? 镁合金：密度小，力学性能好。熔点低，凝固快，凝固收缩小，不腐蚀钢质 模具。比强度高于铝合金，但是屈服强度低于铝合金，承受载荷的能力稍差。 有良好的刚度和减震性，在承受冲击时，能吸收较大的冲击能量，可作产品 外壳可减少噪声传递。镁合金压铸时易产生缩松和热裂。在低温下仍有良好 的力学性能，可制造低温零件。抗蚀性较低，故通常进行表面氧化处理和涂 漆保护。具有优良的脱模性能，与铁亲和力小，即使采用较小的出模角度也 不会产生粘模现象。模具寿命比铝合金长，比铝合金高4~5倍，并且成分和尺 寸稳定性也好，同时拥有非常良好的切削加工性。具有较高的氧化活性，易氧 化，严重时导致燃烧。（加铍，700度以下不燃烧）。 铝合金的定义与特性 n 以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、 锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。 n 铝合金有良好的压铸性能，密度较锌合金小，比强度大，高 温力学性能也很好，在低温下工作时，同样保持良好的力学性 能（尤其是韧性）。铝的表面有一层与铝结合得很老且致密的 氧化膜，故大部分铝合金在淡水、海水、浓硝酸、硝酸盐、汽 油以及各种有机物中均有良好的耐蚀性。但是这层氧化膜能被 氯离子和碱离子所破坏，因此，铝在碱，碳酸盐，盐酸以及卤 化物中很快被腐蚀。氧化铝膜的化学稳定性和熔点都很高，高 温工作时仍有良好的抗蚀性和抗氧化性。导电性和导热性能都 很好，并且还拥有非常良好的切削性能。铝硅系合金易粘模。纯铝 由于铸造性能差，容易氧化，压铸过程中易发生粘模现象， 很少用于压铸。但是由于纯铝能够很好的满足电动机的电性能方面的 要求，所以也常用来压铸电动机转子。 铝合金比纯铝的优势与应用 ü 铝合金比纯铝具有更加好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适 用范围广、装扮修饰的效果好、花色丰富。它的材料特性是轻、容易加 工。成本低，而且使用一种加工工艺可以大量生产同样的零部 件，这也是他的特点之一。而铝合金在承受了一定的力量后，会 慢慢变形再损坏。还有就是铝合金容易加工和具有高度的散热性。 特别是车辆引擎部分很适合使用铝合金材料。这里几乎完全是 铝合金的一家天下。此外，铝合金的加工工艺多种多样。通用性 较强。 ü 铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使 用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。铝合金仍就保持了 质轻的特点，但机械性能显著提升。铝合金材料的应用有以下三 个方面：一是作为受力构件；二是作为门、窗、管、盖、壳等材 料；三是作为装饰和绝热材料。利用铝合金阳极氧化处理后可以 进行着色的特点，制作成各种装饰品。铝合金板材、型材表面可以 进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工，制作成各种装饰板材、 型材，作为装饰材料。 铝合金中各种金属元素的作用 ° 硅（Si）：提高流动性，从共晶到过共晶合金都有很好的流动性。含硅 11.7%的共晶合金有很窄的凝固温度范围，补缩性，抗热裂性好，适合铸造薄 壁，复杂铸件。随着含硅量增加，强度，硬度提高，但伸长率下降，可切削性降 低。高硅铝合金对坩埚溶蚀较大。 ° 铜（Cu）：铜固溶于铝合金中，可提高机械性能，切削性，研磨性，但是耐 蚀性低。铜含量增加，热裂倾向增大。 ° 镁（Mg）：1.铝镁合金是耐蚀合金，但是凝固范围大，有热脆性，铸件易产 生裂纹。其流动性随镁含量增加而提高，但收缩变大。2.铝硅系合金含镁时， 镁形成Mg2Si，形成的固溶体可强化Al-Si合金的基体，提高耐蚀性，电镀性，阳 极皮膜性，使铸件有光亮的表面。3.对铝硅铜系合金，Mg2Si的硬化效果，也会 造成低温脆性，降低伸长率，冲击值，易产生热裂，故对镁含量须严控。 ° 铁（Fe）：铁能减少粘模倾向，易于压铸。铁含量在1.0%~1.5% 是有益的， 低于0.7%则使铝合金液与模具易粘合。但含铁量太多时，则产生FeAl3针状结 晶，降低力学性能，切削性能，耐蚀性能。铝硅系。硅铜系合金若含过量铁，则 会生成金属化合物，形成硬点 ° 镍（Ni）：添加适量的镍可提升铝合金的强度，硬度，减少含铁量过多造 成的不良影响，但对耐蚀性不利。 ° 锰（Mn）：可提升耐蚀性和强度，但含量过多会产生硬化和脆性。在适量 锰的作用下，有害的针状Fe-Al 会转变为细密的Fe-Mn-Al，还可减少粘模的倾向。 锌（Zn）：可提高流动性，改善力学性能。但高温脆性大，有产生裂纹的倾向 锡（Sn）：可改善切削性能，但使耐蚀性变坏。 MMP现有铝料种类 1.BU01005参照GM铝料标准GMW5(DIN 1725),同时适用于标准DIN 1706;非CONTITECHGM客户产 品使用时，Cr成份不要求，Other total要求0.50%max。 2. BU01013（413修订）材料成分中，其它杂质总含量要求0.25%Max，其中单一杂质的含量不超过 0.05%Max。 3. 在Reference Standard 一栏中为最新的标准,GMW5 (DIN 1725)为GM客户指定标准。 MMP铝料合并及成分控制 美国与日本铝合 金牌号与成份 各系铝合金的性能比较 铝合金大致上可以分为铝硅系列合金，铝铜硅系列合金，铝镁系 列合金。由于各种合金的性能不相同，所以在选择使用合 金材料时可依照产品的性能要求来选择 铝硅系列合金：这类合金含硅量在共晶点附近，流动性 好，具有优良的铸造性能，适合压铸大型，薄壁，复杂性 装铸件。没有热脆性，不易产生裂纹，致密性好，耐蚀 性，导热性好，热膨胀小。 铝硅铜系合金：此类合金是最广泛使用的压铸铝合金，具 有最好的综合性性能。铸造性能好，机械性能好，适合于 压铸汽车，摩托车零件，电子通讯设备零件，仪表零件， 机械零件，电动工具零件等。 铝镁系合金：这类合金具有最佳强度，塑性，耐蚀性和表 面质量好的综合性能。但压铸性能较差，凝固收缩量和热 膨胀系数大。适合于高强度下工作的零件，如飞机，管接 头，家电产品零件，海上用具等。 二元合金相图 金属A 金属B B金属，% 相图的解读 合金的性能和相图的关系 合金的力学性能和物理性能 相图反映出不同成分合金室温时的组成相和平衡组织，而 组成相的本质及其相对含量、分布状况又将影响合金的性 能。图2.18示意表明了相图与合金力学性能及物理性能的 关系。图形表明，合金组织为两相混合物时，如两相的大 小与分布都比较均匀，合金的性能大致是两相性能的算术 平均值，即合金的性能与成分呈直线关系。此外，当共晶 组织十分细密时，强度、硬度会偏离直线关系而出现峰值 （如图中虚线所示）。单相固溶体的性能与合金成分呈曲 线关系，反映出固溶强化的规律。在对应化合物的曲线上 则出现奇异点。 合金的铸造性能 图2.19表示了合金铸造性能与相图的关系。液相线与固相 线间隔越大，流动性越差，越易形成分散的孔洞（称分散 缩孔，也称缩松）。共晶合金熔点低，流动性最好，易形 成集中缩孔，不易形成分散缩孔。因此铸造合金宜选择共 晶或近共晶成分，有利于获得健全铸件 合金性能与相图关系示意图 图2.18 合金的使用性能与相图关系示意图 图2.19 合金的铸造性能与相图关系示意图 各种合金的使用温度 1. A380， AlSi9Cu3 ,AlSi9Cu3(Fe)已经并为一种料，,固相线相当于AlSi10Mg,固相线（Fe）, AlSi12（Cu）， AlSi12固相线,固相线.MMP已经将很大一部分铝料合并，并且合并仍然在继续，别的部分未提及 的合金已经合并到上述常常使用的合金种类中。 以上的数据仅为参考数据，实际生产中可能浇注温度有偏差。因为高温度高压力对 压铸模具的寿命由很大的影响，所以实际生产中，在保证产品的质量（冷格，流 纹，发黑）OK的情况下尽可能地选择较低的浇注温度。但温度又不能过低，过低 的温度则不能保证合金液的流动性能。 铝合金液易出现的问题 w 氧化：铝及其合金液与空气接触很容易生成一层氧化膜Al2O3。铝体 表面的氧化膜虽有保护作用，但如因搅拌，翻滚而被破坏时，氧气进 入熔体中，不易去除，一则Al2O3不易还原，二则它的比重和熔体差 不多，悬浮在熔体中，容易随熔体进入铸件中。 w 吸氢：铝液很容易从大气，合金锭或工具表面湿气，燃烧的油气中吸 氢。氢在固态铝中的溶解度非常低，因此当吸氢过多在凝固时处于饱 和状态，氢气会析出，使铸件产生气孔，缩孔。 w 杂质：铝合金融体中常见常见夹杂物时Al2O3，SiO2，MgO等，会 造成金属液的不纯净。夹杂物影响熔体流动性，在压铸件中聚合聚合 产生气泡，影响缩松程度。 w 结渣：铝合金液对坩埚炉衬之间发生反应而产生结渣。在铸件的切削 面上肉眼看到一些芝麻大小的黑色，灰色粒子。有非金属氧化物，金 属性渣（Si）或金属化合物，复合性结渣，偏析性结渣。 w 增铁：铝液与坩埚，浇勺，模具有一定的溶蚀作用，导致增铁，因炉 料中含铁量远远大于新料规定的含铁量 铝合金熔炼与浇注 n 合金的熔炼与浇注是铸造生产中主要环节。严格控制熔炼 与浇铸的全过程，对防止针孔、夹杂、欠铸、裂纹、气孔以 及缩松等 铸造缺陷起着重要的作用。 n 铝合金熔炼中使用的溶剂种类很多，可分为覆盖剂,造渣 剂，净化剂，变质剂 覆盖剂：可在熔炼过程构成一层液态保护层使金属不氧 化，不吸氢 造渣剂：吸收氧化物和非金属物质聚集在金属液面清除 净化剂：利用上浮过程把金属液中的非金属杂质除掉 变质剂：加入钠盐，改善微观组织 ，使结晶细化 n 铝合金熔炼的大体过程：加料 溶化 扒渣 与搅拌 调整成分 精炼除气 出 炉 机边炉保温 浇注 西安炉 除气配料可倾炉 MMP使用的熔炉种类 加料塔 溶解室 保温室 氩气除气装置 溶化塔 MMP除气试验设备 除气试验结果与除气的时间与压力有很大关 系，从下表可以看出，通入的氩气压力越 大，铝块断面效果越好 铝硅合金变质金相 铝硅合金钠变质分为未变质，变质不足，变质正 常，变质衰退，轻度过变质和严重过变质六等级。 未变质：共晶硅为长针状，分布无规律，可有a枝 晶或者少量块状初晶硅 变质不足：a枝晶与共晶体分布均匀，部分共晶硅 为短竿状，部分为针状 变质正常： a枝晶与共晶体分布均匀，部分共晶 硅为点状或蠕虫状 变质衰退： a枝晶与共晶体分布不够均匀，共晶 硅变粗，部分为短竿状，部分为针状 轻度过变质： a枝晶与共晶体分布基本均匀，但 是在一些共晶体中出现线性的a带 严重过变质： a枝晶与共晶体分布很不均匀，出 现粗过变质带（细密共晶体中出现波浪状a带，带 中有许多粗大的共晶硅） W0915金相分析 失效位置金相 未失效位置金相 未失效位置共晶硅呈点状失效位置有较大的长条状共晶硅 存在，这种组织会降低材料的强 度。此种情况一般出现在冷却慢 的位置 关于B390料 n B390合金是20多年前由美国人开发的一种高硅铝合金。由于具有高的耐磨性 及低的热膨胀系数等优点，近年来，在活塞、缸体类铸件中得到了广泛应用。 但该合金在我国使用较晚 ，我司选择使用B390料压铸M2601，用于汽车变速 器油泵 0.20Max0.10Max1.4Max0.1Max0.50~0.650.50Max4.00~5.001.00Max16.0~17.5B390 Other total钛Ti锌Zn镍Ni镁Mg锰Mn铜Cu铁Fe硅Si ALLOY 化学成份含量% B390料的固相线合金熔炼温度的提高，特别 是当温度在液相线 ℃范围时，其浇注以后的晶粒会逐渐变粗。这是由于 铝液中存在的难熔质点随着温度的提高而产生部分熔化，使结晶核心减少的缘故。为 此，应尽量降低熔炼温度，一般应低于800 ℃。 为了减少铝液吸气、氧化及铁的增 加，一般选择了比较低的浇注温度。但浇注温度过低又会导致合金液的流动性能变差，故一 般选720～750 ℃。实践表明，铝液保温时间越长，浇注后的合金晶粒越粗大。。因 此，生产中规定B390合金在精炼后限在2 h内浇注完毕，否则应重新回炉精炼。

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