壓鑄合金的分類及主要性質(zhì)
壓鑄用合金分為鑄造鋼鐵材料合金和非鐵金屬合金兩大類。
鑄造鋼鐵材料合金又分為鑄鐵和鑄鋼兩類。鑄鐵類如灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等,鑄鋼類如碳鋼、不銹鋼和各種合金鋼等,由于合金熔點(diǎn)高、易氧化和開裂,且模具壽命低,故鋼鐵材料合金鑄件的壓鑄生產(chǎn)雖已試成,但在國(guó)內(nèi)還不普遍,僅有很少量應(yīng)用。
鑄造非鐵金屬合金又分為低熔點(diǎn)合金和高熔點(diǎn)合金。低熔點(diǎn)合金如鉛合金、錫合金和鋅合金等。高熔點(diǎn)合金如鋁合金、鎂合金和銅合金等。低熔點(diǎn)合金適于用壓鑄法制造復(fù)雜而精密的小鑄件。由于鉛和錫的強(qiáng)度很低,以及錫的價(jià)格昂貴而又不易取得,所以在機(jī)器制造中用得很少。非鐵合金壓鑄件中應(yīng)用比例最大的是鋁合金,其次是鋅合金、銅合金和鎂合金,而且鎂合金呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。
1.鋅合金 鋅合金的壓鑄性能很好,具有結(jié)晶溫度范圍小,不易產(chǎn)生疏松;充填成形容易;澆注溫度較低,模具的使用壽命較長(zhǎng);不易粘附模具型壁;鑄件精度較高;電磁屏蔽性能優(yōu)越等特點(diǎn)。同時(shí),力學(xué)性能也較高,特別是抗壓和耐磨性能很好。此外,鋅合金鑄件能夠很好地接受各種表面處理,尤其是電鍍,故在壓鑄發(fā)展史中,鋅合金壓鑄占有相當(dāng)重要的地位。壓鑄鋅合金雖經(jīng)多年的發(fā)展并取得了顯著成效,但仍倍受人們的關(guān)注,顯示出巨大的應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿Γ陔娮?、五金、玩具等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。在一些無高溫強(qiáng)度要求的情況下,鋅合金壓鑄件是銅合金壓鑄件的有力競(jìng)爭(zhēng)者。對(duì)鋅合金壓鑄件通過氧化處理獲得古銅色外觀,是鋅合金藝術(shù)品鑄件的一大突破,可以和銅合金藝術(shù)鑄件媲美。
鋅合金最嚴(yán)重的缺點(diǎn)是老化現(xiàn)象,是鋅合金的應(yīng)用范圍受到限制的主要原因。同時(shí),鋅合金的工作溫度范圍較窄,溫度低于零下1O℃時(shí),其沖擊韌度急劇降低;溫度升高時(shí),力學(xué)性能下降,且易發(fā)生蠕變。因此,受力零件的溫度一般不超過100℃。嚴(yán)格控制鋅合金原材料的純度和熔煉工藝過程,在鋅合金中添加少量的Mg和適量的Cu,可以減輕或消除老化現(xiàn)象及改善切削加工性能。
用壓鑄鋅基鋅鋁稀土合金制造減速機(jī)蝸輪是壓鑄鋅合金的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域,用壓鑄鋅基合金代替錫青銅合金制造減速機(jī)蝸輪不僅可以降低成本,而且可以提高使用性能。
用壓鑄鋅基合金制造滾動(dòng)軸承實(shí)體保持架是壓鑄鋅合金的又一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域,滾動(dòng)軸承實(shí)體保持架的傳統(tǒng)材料為鑄造鉛黃銅,先采用離心鑄造工藝制成管狀毛坯,再用切削加工方法制成。壓鑄鋅基合金保持架的成本不及黃銅的一半,且使用性能優(yōu)于黃銅。
2.鋁合金 鋁合金具有良好的壓鑄性能,導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都很好。鋁合金的密度較小,僅為鐵、銅、鋅的1/3左右,比強(qiáng)度和比剛度高是其突出優(yōu)點(diǎn)。鋁合金的高溫力學(xué)性能也很好,在低溫下工作時(shí),同樣保持良好的力學(xué)性能(尤其是韌性),且鋁合金熔鑄工藝簡(jiǎn)單,成形及切削加工性能良好,有較高的力學(xué)性能及耐蝕性,是代替鋼鐵鑄件的最具潛力的合金。
鋁有較大的比熱容和凝固潛熱,大部分的鑄鋁合金均有較小的結(jié)晶溫度范圍,組織中亦常含有相當(dāng)數(shù)量的共晶體,其線收縮較小,故具有良好的充填性能、較小的熱裂傾向。但鑄鋁合金仍有相當(dāng)大的體收縮值,易在最后凝固處生成大的集中縮孔。此外,鋁合金和鐵有很強(qiáng)的親和力,易粘模,應(yīng)在冷室壓鑄機(jī)上壓鑄。
3.鎂合金 在各種壓鑄用的合金中,鎂合金的最大優(yōu)勢(shì)是密度最小,只相當(dāng)于鑄鐵的25%、鋁合金的64%左右。鎂合金的強(qiáng)度接近鋁合金,其比強(qiáng)度明顯高于鋁合金和鋼,比剛度則與鋁合金和鋼相當(dāng)。與工程塑料相比,雖然工程塑料尤其是纖維增強(qiáng)塑料的比強(qiáng)度最高,但其彈性模量很小,比剛度遠(yuǎn)小于鎂合金,且工程塑料難以回用。因此,承受彎曲載荷的結(jié)構(gòu)件的輕量化,以采用鎂合金壓鑄件更合適。
鎂合金的熔點(diǎn)低,使得低溫變形小,尺寸精度高,有利于一次開模成形;與鐵的親和力小,對(duì)模具的粘附現(xiàn)象小,有利于提高生產(chǎn)率和模具壽命;而且鎂合金良好的流動(dòng)性能有利于復(fù)雜件和細(xì)小件的生產(chǎn);鎂合金對(duì)聲音和振動(dòng)具有良好的消減性能,有利于提高汽車行駛的穩(wěn)定性,被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)。隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展,特別是輕載車輛的需求量迅速增加,為鎂合金壓鑄生產(chǎn)提供了廣闊的市場(chǎng)。
采用鎂合金壓鑄件是汽車、摩托車等交通工具減輕本體重量、節(jié)省能耗、降低污染的主要措施,加上近年來適用于鎂合金壓鑄的熱室壓鑄機(jī)性能的日趨完善,鎂合金熔鑄采用氣體保護(hù)(SO2或SF6及阻燃技術(shù)等)代替?zhèn)鹘y(tǒng)熔劑保護(hù)工藝,使鎂合金壓鑄的一些諸如耐腐蝕性差、蠕變強(qiáng)度低、易氧化燃燒等難題逐一得到解決,為壓鑄鎂合金的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了條件。鎂合金壓鑄件的應(yīng)用正在逐漸擴(kuò)大,20世紀(jì)80年代以來,鎂合金壓鑄件在計(jì)算機(jī)、通信、電子、電動(dòng)工具、運(yùn)動(dòng)器具等領(lǐng)域的應(yīng)用急劇增長(zhǎng)。
鎂合金熔液易氧化燃燒,鑄造時(shí)熱裂傾向比鋁合金大,在熔化、燒注及壓鑄模溫控制等方面都比侶臺(tái)金壓鑄復(fù)雜。
鎂合金可用冷室或熱室壓鑄機(jī)壓鑄。一般情況下,小鑄件采用熱室壓鑄.以保證薄壁件的充滿,而且還具有壓鑄壓力低、壓鑄機(jī)體積小、循環(huán)時(shí)問短和壓鑄系統(tǒng)空氣少等優(yōu)點(diǎn);大件則采用冷室壓鑄工藝。
4.銅合金 壓鑄件因具有節(jié)約材料的特點(diǎn),而銅又是一種價(jià)格昂貴的金屬材料,因此,銅合金壓鑄件的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大,目前雖然熔點(diǎn)高、模具使用壽命短,但因?yàn)殂~合金所具有的許多優(yōu)越性能,所以銅合金在壓鑄生產(chǎn)中仍然十分普遍。
銅合金的力學(xué)性能高,其絕對(duì)值超過鋅、鋁和鎂等合金。
銅合金在大氣中及海水中都有良好的耐蝕性能,并且具有小的摩擦因數(shù),耐磨性也很好,疲勞極限和導(dǎo)熱性都很高,線脹系數(shù)也較小,故多用于制造耐磨、導(dǎo)熱或受熱時(shí)希望尺寸增大不多的零件。
銅合金的導(dǎo)電性能也很好,并且具有抗磁性能,常用來制造不允許受滋場(chǎng)干擾的儀器上的零件。
由于熔點(diǎn)較低,凝固范圍不太寬.并且在低于凝固點(diǎn)的溫度下,具有足夠高的強(qiáng)度,能經(jīng)受住凝固過程中所遇到的應(yīng)力,所以,壓鑄用的銅合金主要是用鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%以上的黃銅。
壓鑄銅合金時(shí),壓鑄溫度接近或高于1000℃,工作條件極為惡劣,壓鑄模使用壽命短。如何提高銅合金壓鑄模使用壽命,是銅合金壓鑄件應(yīng)用的關(guān)鍵問題。要提高銅合金壓鑄模使用壽命,就必須大力發(fā)展和選用壓鑄模新鋼種并采用新技術(shù)。
我國(guó)常用牌號(hào)的壓鑄鋁合金、鋅合金、銅合金和鎂合金的化學(xué)成分及力學(xué)性能見GB/T15115-1994、GB/T13818-1992、GB/T15116-1994和JB/T3070-1982。
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