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家重點實驗室，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，在本試驗條件下澆注溫度為680℃、壓射速度3.5m/s和壓射比壓58.7MPa時，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)對熱裂紋傾向性的影響進(jìn)行了研究。
1 試驗條件和方法
試驗料為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保護氣體保護，氣體流量為0.12m3／h，通過試驗觀察，覆蓋劑阻燃效果明顯優(yōu)于常用熔劑PJ-2號。自制覆蓋劑成分如下：w(MgCl2)=45％，w(KCl)=45％，w (冰晶石)=10％。
試驗用設(shè)備為德國產(chǎn)DAK450-54型臥式冷室實時控制壓鑄機，模具溫度用德國產(chǎn)30 kW模溫機控制，澆注溫度用3i系列紅外線測溫儀進(jìn)行測試，壓射速度和壓射比壓通過壓鑄機進(jìn)行設(shè)置。壓鑄試樣形狀及尺寸見圖1，壁厚為3.4mm，長168mm，寬厚比為3.4。用卡尺宏觀測量試樣側(cè)表面裂紋長度。
圖1 壓鑄試樣
2 試驗結(jié)果與分析
熱裂是鑄件在凝固過程中和隨后在固相線附近收縮時，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)離共晶點合金，容易產(chǎn)生熱裂紋[4]。
2.1 澆注溫度對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，不同的澆注溫度對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，裂紋長度最短，兩側(cè)平均長度為51mm，熱裂紋均出現(xiàn)在遠(yuǎn)離澆口端；溫度為7l0℃時的裂紋比溫度為660℃時的長，澆注溫度為710℃時，試樣底面也出現(xiàn)熱裂紋。澆注溫度過高，容易粘模，脫模時也會增加裂紋產(chǎn)生的幾率，且熱裂紋容易轉(zhuǎn)變?yōu)槔淞鸭y，從而增加裂紋長度。澆注溫度在660℃～680℃之間時，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，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。合金凝固過程中在晶粒內(nèi)部以及晶界都會析出體心立方結(jié)構(gòu)（b.c.c）的β相（Mg17Al12）。β相在高溫下強度較低[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℃時壓鑄件內(nèi)缺陷
2.2 壓射速度對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，不同的壓射速度對壓鑄鎂合金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)面熱裂紋長度逐漸縮短；壓射速度為3.5 m／s時，平均長度為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時氣孔很多；組織呈現(xiàn)很明顯的樹枝晶；鑄件底面沒有裂紋。隨著壓射速度的增大，合金液可以及時補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，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，裂紋長度明顯縮短，壓射比壓為58.7MPa時，平均長度為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，鑄件底面沒有裂紋。可以認(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，延長了鑄件凝固時間，增加了液體補縮時間，使孔洞處得到合金液的及時填充，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、模具溫度低時易于熱裂，而在澆注溫度低、壓射速度快、模具溫度高時熱裂傾向減小，在澆注溫度高、壓射速度高、模具溫度低時和在澆注溫度低、壓射速度低、模具溫度高時熱裂介于二者之間。
在本試驗條件下，澆注溫度680℃、壓射速度3.5m／s和壓射比壓58.7 MPa時，鑄件產(chǎn)生熱裂紋的傾向較??；而壓射速度為3.5 m／s時，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，裂紋長度變化不是很大，故壓射速度宜選擇3.0 m／s。
