CN105234374A - 一种镁合金铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金铸造方法，通过选择合理的铸造方法参数提高镁合金的铸造质量，并经过后续处理提高镁合金的性能，包括：模具制造—铸型预热—铸造方法参数选择，包括铸造温度，压力和保压时间—镁合金热均匀化处理—超声波清洗—机加工—水洗—微弧氧化。铸造方法参数包括铸造温度为600—700度，挤压速度为40—50mm/s，压力为50—70MPa，保温时间20—40s，填充速度3—4m/s。该发明简单实用，铸件的性能得到明显提高，并且外表光洁，适合于复杂零件的大批量生产。

Description

一种镁合金铸造方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金铸造方法。

背景技术

挤压铸造是借助压力机压头的机械压力，把定量浇入金属模膛中的金属液(或呈半固态)挤压成形，使其在机械压力作用下结晶和塑性成形，从而获得优质铸件的一种先进的铸造工型。

挤压铸造是一种借鉴于压力铸造和模锻方法而发展起来的新型加工方法，它包含了压力铸造和模锻方法的若干特点，并有自己的特性，因而又称为液态模锻。

从铸造的角度，挤压铸造侧重于压力下凝固与补缩，而从锻造的角度，液态模锻更侧重于塑性变形的力学行为。挤压铸造的概念最早出现在1819年的一项英国专利中，第一台挤压铸造设备1931年诞生在德国，随后挤压铸造在前苏联得到广泛应用，但直到20世纪60年代才开始在北美、欧洲和日本获得应用。此时，前苏联已有150家工厂，约200多种产品用于生产。1964年前苏联《液态金属模锻》专著的发表，标志着这项方法在生产领域中得到确立和应用。1970年在美国召开的第六届国际压铸会议上，美国学者J.c.Benedyk发表了“squeezecasting”(挤压铸造)的著名论文，向欧美等国家推荐此方法，从而使该方法有了“挤压铸造”和“液态模缎”两个不同的名称，并列入“特种铸造”的范畴。

我国于1957年开始此方法研究，到60年代中期己用于生产少量铝合金件，如广东仪表厂、西安仪表厂、潍坊铸锅厂等都是我国第一批应用该方法生产铸件的单位。70年代部分高校和研究所相继开展此项方法基础研究，推动了我国在该方法领域的较快发展。80年代中期至90年代中期挤压铸造技术进入了快速发展阶段，一大批挤压铸件相继开发成功并投入生产。如以挤压铸造生产的摩托车铝轮毅、汽车空压机铝连杆和汽车制动泵缸体等。到90年代后期挤压铸造处于健康、稳步发展阶段。近几年，挤压铸造发展迅速并且渐渐商业化，美国、英国、加拿大等国家利用挤压铸造生产汽车轮轴和柴油机的活塞等。

直接冲头挤压铸造是利用成形的冲头，在合型时把它插入液态金属中，将部分液态金属向上反挤，以充填由凹型和冲头形成的封闭型腔，继续升压和保压直至铸件完全凝固。此方法特点是：无浇注系统，充型压力直接施加到型腔内的金属熔体上，充型合金液凝固速度快，所获得的铸件组织致密、晶粒细小。直接挤压铸造方法存在的主要问题：(1)浇入的液态金属必须精确定量。(2)铸件要向冲头方向单向凝固，以保证压力的有效传递。(3)控制冲头的插入过程，以使液态金属以非湍流的方式向上移动，从而避免氧化夹渣等缺陷。(4)在提高生产率以及制造形状复杂铸件方面存在一定困难。(5)挤压铸造金属模具通常由高质量的模具钢制造，而且要求有足够大的壁厚以承受压力。

间接冲头挤压铸造很像压铸，通过由冲头和凹型组成的内浇道，将压力传递到铸件上。在间接挤压过程中，液态会属是通过浇注系统引入型腔的。挤压设备通常采用较大的压射筒，压射挤压活塞可以控制液态金属的射入速度。在注射后期，压射活塞通过浇道对型腔中的金属施加高压。通常，确定压力是否有效传递和合理设计浇注系统，是间接挤压铸造方法的两个主要问题。

挤压铸造方法是一种借鉴于压力铸造和模锻方法而发展起来的新型金属加工方法。它包含了压力铸造和模锻的若干特点，并且有自己的特点，主要特点有：

(1)使用材料方面，挤压铸造方法有其简便性、经济性和高效性，与其他铸造方法相比，合金液的利用率很高，可达95％，可制造接近净形化高质量零件。

(2)力学性能显著提高。与传统铸造合金相比，屈服强度提高lO％～15％；伸长率以及疲劳强度提高50％～150％；力学性能与变形合金接近。

(3)挤压铸造使合金液缓慢充型并在高压下的凝固，可以全部或部分消除铸件内部的气孔、缩孔和缩松缺陷，使铸件组织密度大大提高。

(4)挤压铸造获得的铸件可以进行热处理。

(5)在机械压力作用下使液态金属与铸型型壁之间的接触紧密，这不仅使挤压铸件有较低的表面粗糙度和较高的尺寸精度，而且更为重要的是大大改善了凝固过程中的传热条件，使凝固速度增大，晶核数目大大增加，微观组织显著细化。

(6)挤压铸造过程中，铸件的各个部位通常处于压应力状态，这一特点除了有利于补缩外，还可防止铸造裂纹(如热裂)的产生。换句话说，挤压铸造的方法适应性很强，不大受到合金铸造性能好坏的限制，故可用于各类合金(有色和黑色合金)的挤压铸造。

(7)挤压铸造一般是在挤压机上进行，故而便于实现生产的机械化和自动化，因此生产率高。

(8)挤压铸造不大适合于薄壁复杂铸件的生产。

液态金属浇入型腔后，在加压开始之前的一段时间里(开始加压时间)，液态金属在与凹模型壁和型芯的接触面上，生成一层凝固层。液态金属浇注量越少、合金铸型导热性越好、浇注温度和铸型温度越低、开始加压时间越长，则最初的凝固层越厚，这对随后的挤压成形乃至最终的铸件质量都将产生重要的影响。随着压力下凝固过程的进行，铸件凝固层厚度与强度不断增加，其内部包含的金属液不断减少；当厚度和强度增至一定数值后，压头被铸件侧面的一凝固层所支撑，从而无法通过金属液将压力从侧向传递到已凝固层上。这样铸件侧面的已凝固层则因只受到纵向压缩力的作用而弯曲。根据上述过程，可将挤压铸造的主要方法参数归纳为：

浇注温度

浇注温度直接影响着挤压开始时自由凝固层的厚度和挤压凝固过程中液态金属总热量的散失，进而还影响着凝固时间，凝固速度和铸件补缩等问题‘301。在其他条件相同的前提下，如果浇注温度过高，则熔液与模具间温差大，热传输量大，使熔液凝固速度变慢，因而凝固后试件晶粒较粗大，且挤压时易引起金属液的飞溅。另外，浇注温度太高，浪费能源，增加模具损耗，并可能使液态金属吸气氧化严重，直接影响制件质量。若浇注温度过低，则可能由于已凝固层过厚，则在挤压时，压力主要由硬壳承担，试样中心部位补缩不足，易形成缩松。由此可见，选择合适的浇注温度是实施挤压过程的重要前提。

铸型预热温度与铸型工作温度

铸型预热温度和铸型工作温度对挤压过程最直接的影响是加压前自由凝固层的厚度，其次是铸件的凝固时间。一般而言，铸型预热后可除去模具内腔吸附的水分和气体，并使脱模剂覆盖于型壁上，同时调节熔液的凝固速度。铸型预热温度低时，熔液和铸型接触的部分很快凝固，在压头压下时外层硬壳会承担大部分的压力，挤压铸造完成后试样中心部位仍有缩松、气孔等缺陷存在。铸型预热温度过高会使试样凝固后晶粒较粗大，并且在挤压过程中熔液易飞溅。

比压

比压是指接触面上的平均压力，是挤压铸造方法的最关键参数之一。比压与铸件的机械性能有直接的关系，只有在足够的比压作用下才能保证铸件最后凝固部位得到充分有效的缩压力，获得组织致密的铸件。较高的比压还有助于减小或消除铸型界面的气隙，改善散热条件，提高凝固速度，细化组织，进而提高性能。对于每一种形状的铸件都对应着一个临界压力，低于临界压力，就无法获得优质铸件。比压的选择还存在一个经济效益问题，要根据制件使用性能的要求，选择一个合适的比压。

开始加压时间

开始加压时间是指合金浇入型腔至开始加压的时间刚。根据研究p51，在金属液处于开始出现少量固相，亦即在金属液处于零流动时才开始加压，可获得最佳的效果。在金属液冷却到液相线温度以下才开始加压，可最大限度地减薄金属自由结壳的厚度。开始加压时间过长，会致使金属自由结壳厚度增大，增加金属变形抗压能力，降低加压效果。

加压速度

加压速度指冲头接触金属液后的运动速度。速度过高会引起金属液飞溅，产生爆缝，同时会使液态金属形成旋涡而吸入气体。相反，加压速度过低，因自由结壳太厚，使加压效果不好。

保压时间

保压时间是指开始加压到金属完全凝固的时间。保压时间主要取决于铸件的壁厚和形状复杂程度。它对铸件凝固组织的形成和补缩特性产生重要的影响，是一项重要的方法参数。保压时间过短，则铸件中心部分凝固时难以得到良好的补缩，可能产生缩孔、缩松等缺陷，保压时问过长，虽可提高铸件的密度，但对铸件的机械性能提高不大，却使铸件出型困难，影响模具的使用寿命，降低劳动生产率。

高径比

高径比(或高厚比)，指铸件高度与其直径(或厚度)之比值。高径比与有效压P硝有密切关系。高径比过高，则可能导致施加于铸件上的有效压力过低，导致挤压效果不佳。因此，在确定挤压力时，必须考虑到铸件的高径比。

铸型涂料

为了防止铸件粘焊铸型，使铸件能顺利地从型腔中取出，以提高铸件表面光洁度，提高铸型的寿命，减缓液态金属在加压前的结壳速度，以利于液态金属压力下充型和补缩。在挤压铸造中不能通过涂料层来控制铸件的凝固速度，因为施加在金属液上的高压将使涂料层剥落，引起铸件产生夹杂缺陷，为此采用50微米左右的薄层的涂料。

发明内容

本发明的目的在于提出一种镁合金铸造方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种镁合金铸造方法，通过选择合理的铸造方法参数提高镁合金的铸造质量，并经过后续处理提高镁合金的性能，包括：模具制造——铸型预热——铸造方法参数选择，包括铸造温度，压力和保压时间——镁合金热均匀化处理——超声波清洗——机加工——水洗——微弧氧化。铸造方法参数包括铸造温度为600——700度，挤压速度为40——50mm/s，，压力为50——70MPa，保温时间20——40s，填充速度3——4m/s。

具体实施方式

实施例1

一种镁合金铸造方法，通过选择合理的铸造方法参数提高镁合金的铸造质量，并经过后续处理提高镁合金的性能，包括：模具制造——铸型预热——铸造方法参数选择，包括铸造温度，压力和保压时间——镁合金热均匀化处理——超声波清洗——机加工——水洗——微弧氧化。镁合金为AZ81，铸件为汽车轮毂，铸造方法参数包括铸造温度为600度，挤压速度为40mm/s，，压力为50MPa，保温时间20s，填充速度3m/s，经过该方法后，铸件的气泡很少，硬度HBS72。

实施例2

一种镁合金铸造方法，通过选择合理的铸造方法参数提高镁合金的铸造质量，并经过后续处理提高镁合金的性能，包括：模具制造——铸型预热——铸造方法参数选择，包括铸造温度，压力和保压时间——镁合金热均匀化处理——超声波清洗——机加工——水洗——微弧氧化。镁合金为AM60B，铸件为汽车轮毂，厚度17mm，铸造方法参数包括铸造温度为65度，挤压速度为50mm/s，，压力为7MPa，保温时间20s，填充速度4m/s，经过该方法后，铸件的内部组织细密，外表光洁，硬度为HBS69。

Claims (2)

1.一种镁合金铸造方法，其特征在于通过选择合理的铸造方法参数提高镁合金的铸造质量，并经过后续处理提高镁合金的性能，包括：模具制造——铸型预热——铸造方法参数选择，包括铸造温度，压力和保压时间——镁合金热均匀化处理——超声波清洗——机加工——水洗——微弧氧化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铸造方法参数包括铸造温度为600——700度，挤压速度为40——50mm/s，，压力为50——70MPa，保温时间20——40s，填充速度3——4m/s。