閻峰云1,張庭鳳1,王松海2
(1.蘭州理工大學(xué) 甘肅省有色金屬新材料省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州730050;
2.蘭州飛行控制有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州730070)
摘要:研究了工藝參數(shù)對(duì)壓鑄鎂合金AM60B薄壁件產(chǎn)生熱裂紋傾向性的影響。結(jié)果表明,在本試驗(yàn)條件下澆注溫度為680℃、壓射速度3.5m/s和壓射比壓58.7MPa時(shí),薄壁壓鑄件產(chǎn)生熱裂紋的傾向較小。
關(guān)鍵詞:壓鑄;AM60B鎂合金;熱裂紋
鎂合金由于其優(yōu)良的成形性,可壓鑄壁厚為0.4mm~10mm薄壁鑄件[1],但是,由于薄壁鑄件容易出現(xiàn)熱裂紋,鑄件的成品率不高。某公司生產(chǎn)的出口鎂合金音箱面板壓鑄件成品率只有50%左右[2]。造成壓鑄件熱裂紋的原因主要有合金成分、鑄件形狀、壓鑄工藝、凝固收縮量、凝固溫度梯度、不同部位的凝固速度以及諸多因素的相互影響,而一種缺陷往往受到諸多工藝參數(shù)的影響,其中以壓鑄工藝參數(shù)的影響尤為顯著。本文就壓鑄工藝參數(shù)對(duì)熱裂紋傾向性的影響進(jìn)行了研究。
1 試驗(yàn)條件和方法
試驗(yàn)料為AM60B鎂合金,其成分分析值為:w(A1)=5.9176%,w(Mn)=0.3048%,w(Zn)=0.1709%,其他元素不大于0.02%,余量為Mg。用10kz電阻坩堝鎂合金熔煉爐熔煉,采用自制的覆蓋劑,并通入CO2保護(hù)氣體保護(hù),氣體流量為0.12m3/h,通過(guò)試驗(yàn)觀察,覆蓋劑阻燃效果明顯優(yōu)于常用熔劑PJ-2號(hào)。自制覆蓋劑成分如下:w(MgCl2)=45%,w(KCl)=45%,w (冰晶石)=10%。
試驗(yàn)用設(shè)備為德國(guó)產(chǎn)DAK450-54型臥式冷室實(shí)時(shí)控制壓鑄機(jī),模具溫度用德國(guó)產(chǎn)30 kW模溫機(jī)控制,澆注溫度用3i系列紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)試,壓射速度和壓射比壓通過(guò)壓鑄機(jī)進(jìn)行設(shè)置。壓鑄試樣形狀及尺寸見圖1,壁厚為3.4mm,長(zhǎng)168mm,寬厚比為3.4。用卡尺宏觀測(cè)量試樣側(cè)表面裂紋長(zhǎng)度。
圖1 壓鑄試樣
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
熱裂是鑄件在凝固過(guò)程中和隨后在固相線附近收縮時(shí),由于外力或內(nèi)應(yīng)力或二者作用的結(jié)果。熱裂紋總是發(fā)生在固相線以上5℃~15℃[3]。扁鑄件最易產(chǎn)生側(cè)裂紋、底裂紋和澆口裂紋,而且與件厚及其寬厚比有關(guān)[4]。根據(jù)Mg-Al二元合金相圖,鎂合金有效結(jié)晶溫度范圍較寬,而且AM60B鎂合金是遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)合金,容易產(chǎn)生熱裂紋[4]。
2.1 澆注溫度對(duì)鑄件熱裂紋傾向性的影響
圖2a為壓射速度為3 m/s,壓射比壓為50.9 MPa模具溫度為180℃時(shí),不同的澆注溫度對(duì)AM60B鎂合金熱裂紋傾向性的影響。由圖2a可見,隨著澆注溫度的提高,鑄件側(cè)面裂紋傾向性先減小后增大;在溫度為680℃時(shí),裂紋長(zhǎng)度最短,兩側(cè)平均長(zhǎng)度為51mm,熱裂紋均出現(xiàn)在遠(yuǎn)離澆口端;溫度為7l0℃時(shí)的裂紋比溫度為660℃時(shí)的長(zhǎng),澆注溫度為710℃時(shí),試樣底面也出現(xiàn)熱裂紋。澆注溫度過(guò)高,容易粘模,脫模時(shí)也會(huì)增加裂紋產(chǎn)生的幾率,且熱裂紋容易轉(zhuǎn)變?yōu)槔淞鸭y,從而增加裂紋長(zhǎng)度。澆注溫度在660℃~680℃之間時(shí),高溫液體可以焊合鑄件先凝固部分產(chǎn)生的裂紋,當(dāng)溫度超過(guò)680℃以后,隨著澆注溫度的增加,氣孔、夾渣增多,氣孔多見于鑄件內(nèi)部,形狀不規(guī)則,飛邊增多且較厚,裂紋常產(chǎn)生于不規(guī)則氣孔的尖角處。圖3所示為710℃時(shí),鑄件二次電子和背散射電子電鏡照片。由圖3可見,鑄件內(nèi)部有較多的氣孔和夾渣。合金凝固過(guò)程中在晶粒內(nèi)部以及晶界都會(huì)析出體心立方結(jié)構(gòu)(b.c.c)的β相(Mg17Al12)。β相在高溫下強(qiáng)度較低[5],且β相多在晶界析出,從而加劇裂紋產(chǎn)生。
圖2 試樣在不同工藝參數(shù)下的裂紋傾向性
圖3 7l0℃時(shí)壓鑄件內(nèi)缺陷
2.2 壓射速度對(duì)鑄件熱裂紋傾向性的影響
圖2b所示為澆注溫度680℃、模具溫度170℃、壓射比壓51MPa時(shí),不同的壓射速度對(duì)壓鑄鎂合金AM60B熱裂紋傾向性的影響。由圖2b可見,隨著壓射速度的增大,鑄件側(cè)面熱裂紋長(zhǎng)度逐漸縮短;壓射速度為3.5 m/s時(shí),平均長(zhǎng)度為36mm,熱裂紋始于遠(yuǎn)離澆口端,飛邊較少,氣孔和夾渣逐漸增多,速度為3.5m/s時(shí)氣孔很多;組織呈現(xiàn)很明顯的樹枝晶;鑄件底面沒(méi)有裂紋。隨著壓射速度的增大,合金液可以及時(shí)補(bǔ)充先凝固部分收縮所需要的液體。由于快的壓射速度形成大的溫度梯度,晶粒長(zhǎng)大很快,很容易形成樹枝晶,而且紊流液體容易卷進(jìn)氣體而形成較多的氣孔,使得鑄件力學(xué)性能降低。
2.3 壓射比壓對(duì)鑄件熱裂紋傾向性的影響
圖2c所示為澆注溫度700℃模具溫度190℃、壓射速度3m/s時(shí),不同的壓射比壓刺壓鑄鎂合金AM60B熱裂紋傾向性的影響。由圖2c可見,隨著壓射比壓的增大,裂紋長(zhǎng)度明顯縮短,壓射比壓為58.7MPa時(shí),平均長(zhǎng)度為31mm,裂紋始于遠(yuǎn)離澆口端,飛邊逐漸增多,氣孔和夾渣逐漸減少,鑄件底面沒(méi)有裂紋??梢哉J(rèn)為,在遠(yuǎn)離澆口端,凝固收縮溫度梯度較大,金屬液先凝固部分產(chǎn)生的應(yīng)力首先在此處形成,容易產(chǎn)生裂紋。由于壓力增加,延長(zhǎng)了鑄件凝固時(shí)間,增加了液體補(bǔ)縮時(shí)間,使孔洞處得到合金液的及時(shí)填充,從而減少了裂紋產(chǎn)生幾率。
3結(jié)論
熱裂傾向受澆注溫度、壓射速度、模具溫度的交互影響。在澆注溫度高、壓射速度低、模具溫度低時(shí)易于熱裂,而在澆注溫度低、壓射速度快、模具溫度高時(shí)熱裂傾向減小,在澆注溫度高、壓射速度高、模具溫度低時(shí)和在澆注溫度低、壓射速度低、模具溫度高時(shí)熱裂介于二者之間。
在本試驗(yàn)條件下,澆注溫度680℃、壓射速度3.5m/s和壓射比壓58.7 MPa時(shí),鑄件產(chǎn)生熱裂紋的傾向較??;而壓射速度為3.5 m/s時(shí),容易產(chǎn)生氣孔和夾渣缺陷,且壓射速度在3.5 m/s和3.0 m/s時(shí),裂紋長(zhǎng)度變化不是很大,故壓射速度宜選擇3.0 m/s。