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汽车新型压铸零部件的铸造工艺分析
发布日期:2020-12-04  来源:机床与液压  作者:曹辉 杜恭贺  浏览次数:731
核心提示:摘要: 对 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样进行了压铸成型,并进行了力学性能和耐腐蚀性能的测试和分析。结果表明:
       摘要: 对 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样进行了压铸成型,并进行了力学性能和耐腐蚀性能的测试和分析。结果表明: 随浇注温度的升高和压射速度的加快,试样的抗拉强度、屈服强度先增大后减小,腐蚀电位正移后逐渐负移,伸长率变化幅度较小,力学性能和耐腐蚀性能均先提升后下降; 与 620 ℃浇注温度压铸时相比,650 ℃浇注温度下的抗拉强度、屈服强度分别增大了 13. 08%、23. 78%,断后伸长率减小了 1%,腐蚀电位正移了 43 mV; 与 1 m/s 压射速度压铸时相比,3 m/s 压铸下的抗拉强度、屈服强度分别增大了 11. 20%、16. 45%,断后伸长率减小了 0. 8%,腐蚀电位正移了31 mV。Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件的压铸工艺参数优选为: 650 ℃始锻温度、3 m/s 压射速度。

关键词: Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 合金; 压铸零部件; 浇注温度; 压射速度; 力学性能; 耐腐蚀性能
      作者:曹辉  河南工业职业技术学院;杜恭贺    西安邮电大学自动化学院

前言

在经济高速发展的今天,人们的生活和出行越来越离不开汽车,对汽车的质量、性能、经济性、使用寿命等有了更高的要求。同时基于节能减排、降耗、轻量化等全新发展理念的影响,汽车用材料更趋于轻质、高性能、环保,铝、镁合金等轻质金属得到了更多的研究和应用[1]。而汽车零部件种类繁多,形状复杂,如缸体、变速箱、缸盖、轮毂等,多为大型、复杂薄壁件,因而在生产工艺上,逐渐转向压铸,汽车用压铸零部件受到行业内更多的关注和应用[2-4]。虽然压铸工艺优于普通的铸造技术,表面更光滑,壁更薄,精度、强度更高,工艺简单,生产效率高,能极大地节省原材料,但是压铸工艺仅适宜流动性金属加工,发展受到一定的限制,且压铸也存在一定的铸造缺陷,易产生气孔、氧化杂物等,而且压铸所需设备模具等成本更高,因此适合进行大批量生产[5-7]。虽然我国的压铸技术日趋成熟,极大地提升了汽车零部件的质量与性能,但是基于业界和社会对汽车压铸零部件性能的高要求,所以还需不断地研发和创新压铸技术,促进汽车新型压铸零部件的发展更上一个台阶[8-10]。

一试验

研究对象为 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件,Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 合金的原材料选用纯度为 99%以上的纯镁锭、铝锭、锌锭、铈粉、细锰粉,其化学成分见表 1。

表一

 熔炼在坩埚电阻炉内进行,首先预热坩埚,待坩埚呈现暗红色后将 RJ-2 熔剂撒在坩埚底部和四周,分批次加入镁锭、细锰粉、铈粉、铝锭、锌锭,待所有成分都熔化后进行扒渣、精炼,静置 10 min 后,将合金液浇入 1 250 kN 卧式冷室压铸机的模腔内,在 1 250 kN 卧式冷室压铸机上进行压铸试验。压铸过程中,保持模具预热温度 250 ℃、压射比压 90 MPa 不变,改变浇注温度和压射速度。试样的压铸工艺参数见表 2。所有压铸试样都未进行热处理。

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       图 1 是汽车新型压铸零部件锻件,主要尺寸为: 外径 88 mm、高度 54 mm、厚度 5 mm、内径 42mm、总长 101 mm。Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件的力学性能在室温环境下测试,仪器选用 Instron8032 型电子拉伸试验机,以 2 mm/min 速度匀速拉伸,记录强度及断后伸长率,断口形貌用 S-530 扫描电镜进行观察。耐腐蚀性能采用电化学腐蚀方法进行室温测试,测试仪器为 PARSTAT 电化学三电极体系系统,腐蚀介质为 NaCl 溶液,浓度 3. 5%,以 0. 4 mV/s 速度进行极化曲线测试,并结合分析软件进行 Tafel 拟合,记录电化学参数 (腐蚀电位),腐蚀形貌用 S-530 扫描电镜观察。

二 试验结果及讨论

2. 1 不同浇注温度下试样的力学性能测试
       Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样于3 m/s 恒定压射速度下,经不同的浇注温度制备下的力学性能测试结果见图 2。可以看出: 浇注温度越低,强度越小,浇注温度的升高能够有效增强试样的抗拉强度和屈服强度,断后伸长率相对略有减小。620、635、650、675、700 ℃浇注温度下的抗拉强度分别为 237、253、268、257、242 MPa,屈服强度分别为 143、165、177、169、154 MPa,断后伸长率则分别为 8. 9%、8. 2%、7. 9%、8. 1%、8. 4%。由此可见: 620 ℃浇注温度下试样的抗拉强度与屈服强度均最小,断后伸长率则最大,此时试样的力学性能最差; 650 ℃浇注温度压铸时,试样的抗拉强度和屈服强度最大,分别较 620 ℃ 压铸时增大了 13. 08%、23. 78%,断后伸长率仅减小了 1%,此时力学性能最佳。当浇注温度继续升高,试样的强度下降,断后伸长率减小,力学性能又开始下降。

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2. 2 不同压射速度下试样的力学性能测试

Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样于650 ℃恒定浇注温度下,经不同的压射速度制备下的力学性能测试结果见图 3。

 QQ截图20201204145111

由图 3 可以看出: 压射速度越慢,强度越小,压射速度的加快能够有效增强试样的抗拉强度和屈服强度,断后伸长率相对略有减小。1、2、3、4、5 m/s压射速度下的抗拉强度分别为 241、255、268、259、244 MPa,屈服强度分别为 152、164、177、168、153MPa,断后伸长率则分别为 8. 7%、8. 4%、7. 9%、8. 2%、8. 5%。由此可见: 1 m/s 压射速度下试样的抗拉强度与屈服强度均最小,断后伸长率则最大,此时试样的力学性能最差; 3 m/s 速度压铸时,试样的抗拉强度和屈服强度最大,分别较 1 m/s 压铸时增大了 11. 20%、16. 45%,断后伸长率仅减小了 0. 8%,此时力学性能最佳。当压射速度继续增加,试样的强度下降,断后伸长率减小,力学性能又开始下降。

2. 3 试样的拉伸断口形貌

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图4 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样分别经 620、650 ℃ 浇注温度压铸时的拉伸断口图片。可看出: 两种浇注温度压铸时,试样的拉伸断口处均呈现出典型的韧性断裂特征。620 ℃压铸时试样的撕裂棱粗大,韧窝不规则,具有较差的韧性;650 ℃压铸时试样的韧窝显著减小,形状较为圆润,分布较规则、均匀,韧性极大提升,力学性能最佳。综合不同浇注温度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的强度和伸长率的测试结果可以得知,从优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的力学性能考虑,优选 650 ℃浇注温度。

 QQ截图20201204145445

图5 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样分别经 3 和 5 m/s 压射速度压铸下的拉伸断口图片。可看出: 当压射速度为 3 m/s 时,试样的撕裂棱细小,韧窝也细小、圆润,韧性好,此时力学性能最佳; 当压射速度加快至 5 m/s,试样的韧窝及撕裂棱均变粗大了,力学性能下降。联系不同压射速度下的Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的强度和伸长率测试结果可知,为优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce汽车新型压铸零部件试样的力学性能,优选 3 m/s 压射速度。

2. 4 不同浇注温度下试样的耐腐蚀性能

Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样于3 m/s 恒定压射速度下,经不同的浇注温度制备下的耐腐蚀性能测试结果见图 6。可以看出: 浇注温度的升高能够使试样的腐蚀电位显著正移,耐腐蚀性能得以提升。随浇注温度从 620 ℃升高到 650 ℃,试样的耐腐蚀性能先提升后下降。620、635、650、675、700 ℃ 浇 注 温 度 下 的 腐 蚀 电 位 分 别 为 - 0. 924、-0. 913、-0. 881、- 0. 893、- 0. 908 V。由此可见,620 ℃浇注温度下试样的腐蚀电位最负,此时试样的耐腐蚀性能最差; 650 ℃浇注温度压铸时,试样的腐蚀电位最正,较 620 ℃压铸时正移了 43 mV,此时耐腐蚀性能最佳。当浇注温度继续升高,试样的腐蚀电位开始负移,耐腐蚀性能又开始下降。

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2. 5 不同压射速度下试样的耐腐蚀性能

Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce汽车新型压铸零部件试样于恒定 650 ℃ 浇注温度下,经不同的压射速度制备下的耐腐蚀性能测试结果见图 7。可以看出: 压射速度的加快能够使试样的腐蚀电位显著正移,耐腐蚀性能得以提升。随压射速度从1 m/s 加快至 5 m/s ,试样的腐蚀电位正移后逐渐负移,1、2、3、4、5 m/s 压射速度下的腐蚀电位分别为 -0. 912、-0. 906、- 0. 881、- 0. 892、- 0. 904 V。由此可见,1 m/s 压射速度压铸下试样的腐蚀电位最负,此时试样的耐腐蚀性能最差; 3 m/s 压射速度压铸时,试样的腐蚀电位最正,较压射速度 1 m/s 时正移了 31 mV,此时耐腐蚀性能最佳。当压射速度继续增大,试样的腐蚀电位开始负移,耐腐蚀性能又开始下降。

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2. 6 不同压铸工艺下试样的腐蚀形貌

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图 8 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样分别经 620、650 ℃ 浇注温度压铸时的腐蚀形貌图片。可看出: 620 ℃压铸时,试样的腐蚀坑呈密集团状,坑深度较深,此时腐蚀程度严重; 650 ℃压铸时试样的腐蚀程度大大减轻,仅有少量的腐蚀点出现。联系不同浇注温度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的腐蚀电位测试值可以得知,从优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的耐腐蚀性能考虑,优选 650 ℃浇注温度。

 QQ截图20201204145925

图9 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样分别经 3 和 5 m/s 压射速度压铸下的表面腐蚀形貌图片。从图 9 可看出: 3 m/s 速度压射时,试样表面腐 蚀点小,且为数不多,此时耐腐蚀性能最佳; 当压射速度加快至 5 m/s,试样的腐蚀程度加重,出现了较

大形状的腐蚀坑,耐腐蚀性能下降。联系不同压射速度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的腐蚀电位测试值可知,为优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的耐腐蚀性能,优选3 m/s 压射速度。

3 结论

采用不同的浇注温度和压射速度对 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样进行了压铸成型,并进行了力学性能和耐腐蚀性能的测试和分析。现总结如下:

(1) 随浇注温度的升高和压射速度的加快,试样的抗拉强度、屈服强度先增大后减小,腐蚀电位正移后逐渐负移,伸长率变化幅度较小,力学性能与耐腐蚀性能均先提升后下降。650 ℃ 浇注温度、3 m/s压射速度下 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的抗拉强度、屈服强度最大,断后伸长率最小,腐蚀电位最正,力学性能和耐腐蚀性能最佳。

(2) 与 620 ℃浇注温度压铸时相比,650 ℃浇注温度下的抗拉强度、屈服强度分别增大了 13. 08%、23. 78%,断后伸长率减小了 1%,腐蚀电位正移了43 mV; 与 1 m/s 压射速度压铸时相比,3 m/s 压铸下的 抗 拉 强 度、屈 服 强 度 分 别 增 大 了 11. 20%、16. 45%,断后伸长率减小了 0. 8%,腐蚀电位正移了31 mV。

(3) 为优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的力学性能和耐腐蚀性能,Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的压铸工艺参数优选为: 650 ℃始锻温度、3 m/s 压射速度。

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