压铸铝合金的应用及研究进展

压铸铝合金具有比强度高、耐腐蚀性好、导电性好、导热性好、铸造加工性能，广泛应用于汽车、通信电 子、航空航天等领域。 随着汽车等行业的发展， 铝 合金压铸产量逐年增长近13%， 占有色合金压铸产量的75%以上。 目前，铝合金压铸正朝着大型、 复杂、 薄壁、高精度、 集成的方向发展。 为此， 本文综合阐述了国内外压铸铝合金 的应用和研究现状， 为低成本、 高性能压铸铝合金和先进压铸技术的后续发展提供了参考

1 压铸铝合金的特点及分类

除了保证压铸顺利，满足制造零件 的工作性能要求外， 还应具备：（ 1） 过热不高， 甚至在固体和 液相线的温度范围内， 应具有良好的塑料 流变性能， 可填充复杂的腔， 保证铸 零件的良好表面质量， 减少铸件内的收缩孔；( 2) 线收缩率小， 避免铸件裂纹变形， 提高铸件尺寸精度；( 3) 结晶温度范围小， 降低铸件中收缩孔的可能性；( 4) 具有一定的高温固态强度， 防止开模时铸件变形或破裂；( 5) 与压铸型无化学 反应， 亲和力小， 防止粘合型与铸件、 铸件相互合金化； ( 6) 在高温熔状态下不易吸气和氧化， 为满足压铸 长期保温的要求。

按合金成分 划分， 压铸 铝 合金 主要 包括 Al - Si 、 Al -Mg、 Al -Zn等系列。 共晶 Al -Si合金结晶温度间隔小， 硅相具有凝固潜热和比热容大、 线 收缩系数小 的特点， 因此 Al -Si 合金 具有非常 的铸造性能 包括 Al -Si - Cu和 Al -Si -Mg系统， 如 ADC12和 ADC10合金。 但 这类合金存在强度低、 塑性差、切削加工性能 一般等主要问题。 为此，近年来，国内外研究人员通过 ( 微) 合金化改善了合金组织， 获得了低成本、 高韧性压铸铝 合金。Al -Mg 合金 具有 室温 力学 性能好、 耐腐蚀性强的特点， 但存在铸造性能差、 机械性能波动大、壁厚效应大、压铸件开裂、应力腐蚀裂纹倾向大等问题。

2 压铸铝合金的应用

压铸行业的发展与汽车行业密切相关。近年来， 随着我国汽车工业的快速发展， 压铸行业也发展迅速， 未来将有更好的发展前景。 在当今社会， 人们对汽车的要求往往是高性能、 低污染、 低能耗等。 汽车重量在 燃料经济性中起着决定性的作用， 汽车重量每减少100公斤 ， 油耗可减少0.7L / 100公里。 汽车降低能耗的主要途径是改进系统，减轻汽车重量， 使用轻材料制造 汽车零部件是减轻汽车重量的有效途径。 铝合金压 铸件因其优良的材料性能、 成型方便、重量轻， 成为**。 自20世纪70年代以来， 铝合金压铸件逐渐取代铸铁， 用量逐年增加， 的应用范围不断扩大。 铝 合金压铸件在汽车中的应用主要集中在壳体部件、 发动机部件等非发动机部件上。 图1 是国内外 汽车中使用的铝合金压铸件的总结和比例。

铝合金压铸件在通信电子设备的外壳生产中也起着重要的作用，如基站滤波器腔、 发射器 外壳、 笔记本电脑和手机外壳。 特别是通信基站设备 向高散热、高耐腐蚀性和高薄方向发展， 促进铝合金压铸技术向先进方向发展， 在满足 散热和耐腐蚀性的前提下， 通信铝合金外壳逐渐向轻量化方向发展.

3 研究压铸铝合金组织和性能的现状

自1914年投资 商业 生产 以来， 发展迅速。 随着汽车工业的发展， 对机械性能要求高的汽车零部件压铸件， 目前生产的压铸铝合金 难以满足需求。 为了提高其机械、 导热性和疲劳性能， 国内外研究人员致力于开发新型低成本、 高性能 压铸 铝 合金， 主要集中在 Al -Si和 Al -Mg

3.1 Al -Si压铸铝合金组织及性能研究现状

目前， 我国压铸行业使用更多的铝合金为0.8%~1.3% Al -Si -Cu系统， 如 ADC12， 但上述合金更大的问题是韧性不高于2%， 强度需要提高。 为了使铝合金压铸件更多地应用于汽车 ， 必须提高铝合金的韧性。 不同种类和含量的稀土( RE)对 Al -Si合金有不同的细化变质效果。 添加0.1%~0.3%的混合稀土 可以同时细化 A356合金组织α-Al相和硅相， CE可以 细化 Al -Si合金 组织 中 共 晶 硅， 和 添加 3%的 La 对 A390 合金 组织 中 的 硅 相 无 变质 作用。 添加1.0%的Sm 可明显细化 ADC12 合金组织 α-Al和 共 晶 硅 相α-Al相 二次 枝 晶间 距 μｍ 减至１５μ 平均晶胞尺寸为90μｍ 减至４０ μm； 共晶硅由粗针变为小棒或圆 球， 并产生 Al 11Sm 3相， 使合金的抗拉强度和伸长 率分别达到220mpa和3.1%， 分别比 ADC12合金高22%和210%

Al -Si -Cu -RE 合金在 YL112 合金 的基础上，具有良好的流动性、耐磨性、气密性和加工性， 机械性能明显优于同类 Al -Si -Cu合金， 可用于汽车变速箱、 发动机外壳、 气阀、 方向器、 活塞、 轮毂等。

在 ADC12合金 的基础上， 通过 成分 优化 设计， 通过晶粒细化变质处理， 可获得一种更好的压 铸 成 形 性 和 机械 加工 性能 铝 合金 ADC12.1R。在ADC12合金中加入 La后， 固溶时 效应组织中的粗大块多边形初晶硅消失， 针状共晶硅 形状由长针变为短棒，分散分布； 有害化合物 形状改善， 固溶温度越高， 有害金属间化合物 溶解越多， 晶粒越小； 当 LA添加量为0.3%时， 硅相 细 和 球 效果 更好。 当 ADC12 合金 1.0%时， 合金组织中会产生适量的 2SI强化相，同时细化共晶硅不偏聚，当 1.0%时， 在晶界中形成更多的 Mg 2聚集在晶界中，导致合金强度下降。Al -Si -Cu-Mg合金 添加到 SC后， 其 循环变形 耐 大大提高 同时 又 又 又长 低 周 疲劳 寿命

除合金成分外， 热处理和压铸工艺 也 对 铝 合金的组织 和 性能 有显著的 影响。 淬火 ADC12 125 ℃经过10小时保温处理后， 抗拉强度达到308mpa， 热处理前提高 约20%。 在 超 低 速 试验条件下， 时间越长， 时间越长， 时间越短， ADC12合金铸件性能越好； 铸造压力保持在适当范围内，当压力较小时， 增加铸造压力 可以 细化α 相， 铸件性能提高； 当铸造压力过大时α 相粗大， 铸件性能降低。 浇筑温度和压力较低有利于 降低 ADC12合金 支架 铸件 中 孔 的形成， 慢 的速度有利于减少孔数， 但当一级压力 速度增加到95L /min时， 有利于减少缺陷， 过慢 的慢压速度容易增加合金液体与空气的接触时间， 导致孔数增加。

3.2 Al -Mg系压铸铝合金组织及性能研究现状

国内外研究人员 对 Al -Mg 是 压铸 铝 合金 组织 和性能的研究相对较少。 20世纪90年代， 德国莱茵铝业公司从回收铝材料中开发出低 Fe含量 的 高 强 韧 压铸 铝 合金 Ma -59 ( Almg 5si2mn)， 主要成分 Mg含量5%~6%， Si含量1.8%~2.6%≤0.15%， 并对 Ni ， Ｃｕ和 Ｃａ等元素含量进行 严格控制， 由于有害富铁相数量的减少， 该合金伸长 率通常高于常用压铸铝合金； 低 Ｍｇ和低 Ｓｉ的耐蚀 Ａｌ －２．５Ｓｉ －２．１Ｍｇ －０．８Ｍｎ －０．２Ｃｒ合 金 具 有 流 动 性 良 好、 收缩率较小、 热裂敏感性较低、 铸造性能较好及 Ｔ４状态下力学性能较高、 应力腐蚀敏 感 性 低、 无 局 部腐蚀等特点， 是作为舰船耐蚀铸件的理想材料． 上 海交通 大 学 丁 文 江 课 题 组通 过 调 控 Ａｌ －Ｍｇ －Ｓｉ － Ｍｎ －Ｃｕ －Ｎｄ －Ｌａ合金中 Ｍｇ和 Ｍｎ的含量， 并添加少 量 ＲＥ， 解决了压铸时的粘模问题， 实现了高韧性和 自强化的效果， 压铸条件下合金室温屈服强度≥140 MPa， 抗拉强度 ≥260 MPa， 伸 长 率>15%， 性能 稳定 同时达到 强度 和 韧性 要求， 合金 被命名为JDA2。

微 观 组织 有一些争议，比如沿晶界随机分布的少量粒子， 有人认为 是 β-Al 3mg

4 铝合金压铸技术的发展

压铸技术是通过在高压高速下填充型腔和 成型压铸室内 注入 的 液态/半 固态 合金获得铸件的方法。 在此过程中，主要影响因素是压射比压、 模具和浇筑温度、 保压 时间、 型腔真空度等。 传统铝合金压铸会有以气孔为代表的诸多缺陷。 气孔产生的原因 主要是精炼除气不良、 模具排气不良、 压铸工艺参数 即针 孔。 因此，传统的压铸铝合金件不应进行热处理， 限制了其机械性能的提高。 近年来， 为了解决压铸件内的气孔和缩孔问题， 国内外研究人员提出了 先进的 技术，如真空 铸造、 半 固态 铸造 和 挤压 铸造 ， 获得 高 强度、 高 致密 、 焊接、 热 处理 和 扭曲压铸。

真空压铸是指将型腔内的气体抽空 或 部分 抽空， 降低型腔内的气压， 容易填充和排除熔体内的气体， 从而获得致密压铸的方法。 真空压铸内的气孔率显著降低， 微组织较小， 机械性能较高， 可进行 热处理。 近年来， 真空压铸空腔气体主要有两种形式：直接抽气和真空箱中的模具。 模具排气位置和排气面积的设计非常重要； 真空系统的选择也非常重要， 要求在真空泵关闭之 前型腔内的真空度能保持至充型完毕． 国内一些高 校、 科研院所和企业对真空压铸技术开展了积极的 研究． 华中科技大学自主研发和设计的高空压铸用 的真空截止阀及真空系统在实际真空压铸生产中具 有指导意义， 北京科技大学、 清华大学、 重庆大学、 东 北大学等高校对真空压铸工艺及其模拟仿真进行了 有益的探索． 普通压铸件表面鼓气严重， 并且气孔大 且多， 而真空压铸件表面更光洁、 气孔数量少及气孔 体积小． 经５００ ℃ 固溶后， Alsi9Cu3 合金真空压铸件比普通 压 铸件