鎂合金是常見工程材料中most輕的金屬，其密度約為鋁合金的2/3，鋼的1/5.目前國(guó)內(nèi)汽摩車輛配置多為鋁合金輪轂或者鋼輪轂，它們?cè)跍p重、減震、節(jié)能、降噪和車輛動(dòng)力學(xué)特性等指標(biāo)上均大大低于鎂合金，鎂合金鑄件減震效果是鋁合金的30倍，作為運(yùn)動(dòng)部件，用鎂合金替代鋁合金，單位體積價(jià)格則更便宜，經(jīng)濟(jì)效益可觀，是較理想的新材料替換方式。然而，由于鎂合金生產(chǎn)工藝還不太成熟，造成輪轂鑄件缺陷較多，大大降低鑄件的使用性能，致使輪轂鑄件大量報(bào)廢。引起鎂合金輪轂鑄件缺陷的原因很多，主要有金屬合金成分、鑄件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)加工工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)等因素。本文重點(diǎn)研究了這些影響因素，分析了缺陷產(chǎn)生的機(jī)理，并提出了相應(yīng)的解決措施。
1鑄件材料選擇及工藝分析1.1鑄件材料選擇實(shí)驗(yàn)用輪轂鑄件是某公司開發(fā)的新產(chǎn)品，多用于裝配摩托車或電動(dòng)自行車。原鑄造材料采用鑄造鋁合金，鑄造方式為低壓重力鑄造。由于鋁合金價(jià)格不斷上漲且鎂合金價(jià)格低于鋁合金，單位體積的成本更低，欲用目前商用化比較好的AM60B鎂合設(shè)計(jì)與制造。，金替換鋁合金，在保證輪轂的使用性能指標(biāo)的前提下，降低生產(chǎn)成本，從而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益。AM60B是一種Mg-Al-Mn系列鑄造鎂合金，其化學(xué)成分w（%）為：5.56.5Al、砭0.20Zn、0.25Mn，雜質(zhì)：砭0.10Si、砭0.005Fe、砭0.010Cu、砭0.002Ni，其他雜質(zhì)ミ0.02°%，Mg余量。該合金Al和Zn含量較低，Mn允許高于0.5°%，對(duì)雜質(zhì)含量要求較高，尤其對(duì)鐵和鎳雜質(zhì)的限制，這對(duì)于提高合金的力學(xué)性能和抗蝕性能非常有利，但對(duì)合金熔煉工藝要求較為復(fù)雜。該合金密度為1.8g/cm3，收縮率為0.6%，綜合性能較好，沖擊韌度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，易于成形和機(jī)械加工，適于摩托車輪轂等運(yùn)動(dòng)部件' 1.2鑄件工藝分析試制用輪轂鑄件外觀輪廓見。輪廓most大尺寸為準(zhǔn)460mmx89mm，鑄件質(zhì)量1.5kg，most大⒅柿坎。4kg，most薄處為5mm，較厚處為輪福部位厚10mm，most厚處為輪轂中心的部位為22mm.從鑄件結(jié)構(gòu)工藝分析看，輪轂各部位截面厚度不均，成型難度較高，易形成鑄件缺陷。
2反擠壓鑄造設(shè)備選型根據(jù)壓鑄模具設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算得知，該鑄件的表面積為0.479m2，most大投影面積為0.165m2，most大鎖模力要求most低350t，most大⒅亓坎。4kg，可以選用鑄造設(shè)備為2000kN四柱式萬能液壓機(jī)。該設(shè)備上橫梁移動(dòng)距離可達(dá)850mm，下缸的頂出壓力most大為600kN，most大合模速度100mm/s，most大擠壓速度65mm/s，頂出活塞速度為80mm/s，溶杯內(nèi)徑直徑3反擠壓鑄造工藝參數(shù)對(duì)鑄件質(zhì)量的影響AM60B合金熔液本身冷卻速度較快，粘度較大，合金液流動(dòng)性較差，造成鑄造工藝性較差，如果仍采用成型鋁合金輪轂的方法，即普通的低壓重力鑄造方式，很難獲得高質(zhì)量的鎂合金輪轂鑄件，試制采用反擠壓鑄造工藝，澆注系統(tǒng)采用中心澆注，讓合金液在高速高壓下反重力充型，并嚴(yán)格控制其鑄造工藝，從試制情況看，試件質(zhì)量較高，能滿足使用要求。試制過程中發(fā)現(xiàn)，澆注溫度、模具溫度、充型速度和保壓時(shí)間4種工藝參數(shù)對(duì)鑄件質(zhì)量影響most大。其中most活躍的參數(shù)是澆注溫度，它直接影響輪轂鑄件的質(zhì)量及產(chǎn)品收得率。其次是模溫影響，為了獲得理想的模具溫度，本課題采用德制油介質(zhì)的模溫機(jī)進(jìn)行加熱和冷卻，該設(shè)備既能保證模溫在所需的范圍內(nèi)，又防止水介質(zhì)泄露引起鎂合金爆炸。再次是保壓時(shí)間和充型速度的影響，充型速度過小，易產(chǎn)生充型不良、流痕等缺陷；保壓時(shí)間過短，鑄件還沒有完全冷卻，開模取出鑄件是容易變形；保壓時(shí)間過長(zhǎng)，鑄件變形抗力增大，不易脫模。除上述影響外，合金本身的特性，合金液的澆注重量及潔凈度，鑄造模具結(jié)構(gòu)以及所用涂料，均對(duì)鎂合金輪轂鑄件的質(zhì)量有較為重要的影響。
4常見缺陷分析及解決措施在鎂合金輪轂鑄件的試制過程中，些鑄造常見的缺陷如裂紋、充型不良、氣孔、冷隔、流痕、夾渣等均出現(xiàn)。為了便于分析，把氣孔缺陷和夾渣稱為內(nèi)部缺陷，而把裂紋，充型不良、冷隔、流痕稱為表面缺陷，下面對(duì)這些缺陷形成的原因進(jìn)行簡(jiǎn)單分析并提出相應(yīng)的防范措施。
4.1鑄件內(nèi)部缺陷4.1.1孔缺陷對(duì)試制輪轂鑄件沿軸線進(jìn)行剖分，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)在輪轂鑄件的剖面上有孔存在（見左圖），在光學(xué)顯微鏡下有時(shí)也會(huì)看到基體上有孔存在（見右圖）。可見孔缺陷在鑄件內(nèi)部很常見，且大小不，仔細(xì)觀察還發(fā)現(xiàn)孔壁大多光滑，這類缺陷大多靠近內(nèi)澆道周圍，沿著內(nèi)澆道軸線方向分布，遠(yuǎn)離內(nèi)澆道處逐漸減少、變小甚至消失。分析發(fā)現(xiàn)，孔缺陷大多與合金液在充型過程中裹入氣體有關(guān)，裹入氣體的原因很多，①合金液充型速度過快，會(huì)形成紊流而卷入氣體；②模具型腔結(jié)構(gòu)不合理，合金液會(huì)高速?zèng)_擊型芯，在充型過程中卷入氣體；③模具內(nèi)部的水蒸氣：這些水分有模具潤(rùn)滑油燃燒產(chǎn)生的，也有模具脫模劑水分揮發(fā)產(chǎn)生；一旦這些氣體因壓射比壓小，溢流排氣道設(shè)計(jì)不合理，均會(huì)造成排氣不良，從而形成氣孔。另外，合金液冷卻速度過快，合金液未能及時(shí)補(bǔ)縮時(shí)已冷卻，也會(huì)形成孔缺陷，這類孔稱為縮孔。
避免措施如下：①適當(dāng)降低合金液充型速度，生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)充型速度低于0.27m/s，會(huì)避免裹入大量氣體，從而大大減少氣孔的產(chǎn)生；②合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，適當(dāng)加大內(nèi)澆道與鑄件之間的過渡圓角，避免合金液沖擊模具型腔型芯；③適當(dāng)增大內(nèi)澆道和溢流槽的尺寸，增設(shè)型芯處排氣槽，適當(dāng)提高壓射速度、壓射比壓、模具溫度，盡量多的排出氣體；④適當(dāng)降低合金液澆注溫度：般情況下，為了消除氣孔、縮孔和疏松，在反擠壓鑄造時(shí)，常常把澆注溫度控制在較低的溫度，因?yàn)闈沧囟容^低時(shí)，氣體易于從合金熔液內(nèi)部逸出，極少留在金屬中，易于消除氣孔。
夾渣也是鎂合金輪轂鑄件常見的內(nèi)部缺陷，需要截取鑄件內(nèi)部截面，利用掃描電鏡觀察。是截取輪轂鑄件截面利用掃描電鏡觀察到的夾渣缺陷，觀察輪轂缺陷表面，發(fā)現(xiàn)有募性游鎩＜性塹致鑄件容易脆斷-性脆的根本原因，是造成輪轂鑄件斷裂的主要原因。夾渣產(chǎn)生的原因與合金液的潔凈度有關(guān)系，特別是鎂合金合金液，極易氧化，特別容易引起夾渣。夾渣一般是由于液態(tài)金屬除渣不干凈，或是被氧化生成氧化皮，沖頭加壓時(shí)，將氧化皮、涂料等擠入鑄件中引起的。定時(shí)除渣，防止鎂合金液氧化就能解決夾渣和性脆等問題。
避免措施如下：①在鎂合金液從熔煉到澆注全程通惰性氣體保護(hù)，盡量保證合金液的潔凈度，防止氧化；②定期清理沖頭和模具型腔的氧化皮和涂料積累，盡量保持?jǐn)D壓鑄造周邊的衛(wèi)生清潔。
鑄件氣孔缺陷4.2鑄件表面缺陷4.2.1冷隔及充型不良缺陷這類缺陷是鑄件most常見的表面缺陷見，大多因?yàn)楹辖鹨涸诔湫瓦^程中還未充滿模具型腔，合金液就已經(jīng)凝固了。這與鎂合金合金液的澆注溫度過低，合金液充型速度又較慢，而鎂合金液本身的冷卻速度又很快有關(guān)。用液壓機(jī)反擠壓鑄造鎂合金鑄件，就經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這類缺陷。因?yàn)椋蠖嘁簤簲D壓鑄造機(jī)在反擠壓鑄造時(shí)，需要壓機(jī)柱塞從下缸頂出，靠壓力促使合金液高速高壓反重力充滿整個(gè)模具型腔，但在實(shí)際鑄造過程中，需要先澆入合金液，然后模具在液壓機(jī)的動(dòng)作下合模、鎖模，這些過程都需要時(shí)間，再加上一般液壓機(jī)的下缸頂出速度都較慢，合金液在溫度較低時(shí)被以較小的壓射速度進(jìn)入模具型腔，而后進(jìn)行加壓和保壓，most后填充型腔。結(jié)果，開始進(jìn)入模具型腔的合金液由于模具型腔溫度較低，凝固很快，后進(jìn)入的合金液在壓力作用下又進(jìn)入型腔，凝固的合金液不可能接受瞬時(shí)壓力融化，而是被后面的合金液帶入模具型腔，就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)冷隔缺陷。而如果加壓和保壓時(shí)間太短，則會(huì)出現(xiàn)充型不良缺陷。所以，對(duì)鎂合金鑄件來說，合金液澆注溫度過低或模溫過低，模具合模后開始加壓時(shí)間又過長(zhǎng)，充型不良及冷隔缺陷出現(xiàn)的幾率就會(huì)大大增加。
避免措施如下：適且的合金液澆注溫度和模溫會(huì)大大減少此類缺陷的產(chǎn)生，適當(dāng)加大液壓機(jī)的下缸頂出速度，延長(zhǎng)加壓和保壓時(shí)間，效果會(huì)更好。實(shí)踐表明，適宜的澆注溫度為690720C，模溫為200250C.澆注溫度過低，其結(jié)晶潛熱小，鎂合金極易凝固，所需單位壓力也較大；澆注溫度過高，其結(jié)晶潛熱大，則易產(chǎn)生縮孔。另外，合模后開始加壓時(shí)間越快越好，這樣也會(huì)大大避此類缺陷產(chǎn)生。
裂紋缺陷（見）大多也是有熱問題引起，又稱熱裂，其影響因素包括厚截面、澆注溫度、循環(huán)時(shí)間、合金種類、模具溫度、加壓時(shí)間等，裂紋一般出現(xiàn)在型芯的過渡圓角處，有時(shí)鑄件表面也有裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因可能是以下幾個(gè)方面綜合形成的。①型芯處的過渡圓角太小，合金液凝固時(shí)產(chǎn)生過大的局部應(yīng)力集中；②鑄件出型過早，未凝固完畢就出型而造成熱裂，或出型太遲，使鑄件和型芯之間的應(yīng)力過大；③模具溫度，尤其是型芯溫度過低，使附著在型腔內(nèi)壁的合金液快速凝固成薄殼層，冷卻凝固過程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力全部由極薄的金屬殼層承擔(dān)，在應(yīng)力超過金屬殼層的極限強(qiáng)度后，金屬殼層發(fā)生撕裂；④加壓太遲，使鑄件局部得不到補(bǔ)縮；⑤保壓時(shí)間過長(zhǎng)，鑄件薄壁處冷卻收縮受到限制而易被拉裂（冷裂）；⑥在頂出鑄件時(shí)，由于收縮應(yīng)力會(huì)使鑄件發(fā)生變形，扭曲和冷裂。
根據(jù)以上分析，采取以下改進(jìn)措施：①增大型芯處的過渡圓角；②模具溫度設(shè)定為240280C.模具溫度過高或過低都會(huì)給鑄件的質(zhì)量和模具壽命帶鑄件裂紋來不利影響，容易發(fā)生粘模，使脫模困難，同時(shí)也會(huì)延長(zhǎng)保壓時(shí)間，降低生產(chǎn)率。模具溫度過低，則使鑄件的質(zhì)量得不到保證，如產(chǎn)生冷隔和表面裂紋等缺陷；③保壓時(shí)間以1020s為宜。保壓時(shí)間過短，則鑄件內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔，如果保壓時(shí)間過長(zhǎng)，則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加變形抗力，降低模具使用壽命。
5鎂合金輪轂鑄件的試制經(jīng)過對(duì)鎂合金輪轂鑄件的試制，對(duì)試制過程中出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行分析、總結(jié)，了解鎂合金的特點(diǎn)，改變合金成份、鑄型形狀以及調(diào)整反擠壓鑄造工藝參數(shù)等，試制出了質(zhì)量較高的鎂合金輪轂鑄件（見），經(jīng)過各環(huán)節(jié)的測(cè)試，能夠滿足輪轂鑄件的使用要求。
6結(jié)論生產(chǎn)實(shí)踐表明，明確鑄件缺陷產(chǎn)生的機(jī)理，采取相關(guān)的防范措施，消除了鑄件缺陷，可以得到外表光滑、內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良的鎂合金輪轂鑄件，鑄件成品率可保持在90%以上。當(dāng)然，有些缺陷的影響因素非常復(fù)雜，應(yīng)具體問題具體分析。但只要廣大工程技術(shù)人員不斷研究，發(fā)現(xiàn)問題并不斷解決問題，鎂合金零件在不久的將來會(huì)大量應(yīng)用在我們的日常生活中。
