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工艺参数对镁合金压铸件热裂纹倾向性的影响

        镁合金由于其优良的成形性,可压铸壁厚为0.4mm~10mm薄壁铸件。但是,由于薄壁铸件容易出现热裂纹,铸件的成品率不高。某公司生产的出口镁合金音箱面板压铸件成品率只有50%左右。造成压铸件热裂纹的原因主要有合金成分、铸件形状、压铸工艺、凝固收缩量、凝固温度梯度、不同部位的凝固速度以及诸多因素的相互影响,而一种缺陷往往受到诸多工艺参数的影响,其中以压铸工艺参数的影响尤为显著。本文就压铸工艺参数对热裂纹倾向性的影响进行了研究。
  1  试验条件和方法
  试验料为AM60B镁合金,其成分分析值为:w(A1)=5.9176%,w(Mn)=0.3048%,w(Zn)=0.1709%,其他元素不大于0.02%,余量为Mg。用10kz电阻坩埚镁合金熔炼炉熔炼,采用自制的覆盖剂,并通入CO2保护气体保护,气体流量为0.12m3/h,通过试验观察,覆盖剂阻燃效果明显优于常用熔剂PJ-2号。自制覆盖剂成分如下:w(MgCl2)=45%,w(KCl)=45%,w (冰晶石)=10%。
  试验用设备为德国产DAK450-54型卧式冷室实时控制压铸机,模具温度用德国产30 kW模温机控制,浇注温度用3i系列红外线测温仪进行测试,压射速度和压射比压通过压铸机进行设置。压铸试样形状及尺寸见图1,壁厚为3.4mm,长168mm,宽厚比为3.4。用卡尺宏观测量试样侧表面裂纹长度。

图1

  图1 压铸试样

  2 试验结果与分析
  热裂是铸件在凝固过程中和随后在固相线附近收缩时,由于外力或内应力或二者作用的结果。热裂纹总是发生在固相线以上5℃~15℃[3]。扁铸件最易产生侧裂纹、底裂纹和浇口裂纹,而且与件厚及其宽厚比有关[4]。根据Mg-Al二元合金相图,镁合金有效结晶温度范围较宽,而且AM60B镁合金是远离共晶点合金,容易产生热裂纹[4]。
  2.1 浇注温度对铸件热裂纹倾向性的影响
  图2a为压射速度为3 m/s,压射比压为50.9 MPa模具温度为180℃时,不同的浇注温度对AM60B镁合金热裂纹倾向性的影响。由图2a可见,随着浇注温度的提高,铸件侧面裂纹倾向性先减小后增大;在温度为680℃时,裂纹长度最短,两侧平均长度为51mm,热裂纹均出现在远离浇口端;温度为7l0℃时的裂纹比温度为660℃时的长,浇注温度为710℃时,试样底面也出现热裂纹。浇注温度过高,容易粘模,脱模时也会增加裂纹产生的几率,且热裂纹容易转变为冷裂纹,从而增加裂纹长度。浇注温度在660℃~680℃之间时,高温液体可以焊合铸件先凝固部分产生的裂纹,当温度超过680℃以后,随着浇注温度的增加,气孔、夹渣增多,气孔多见于铸件内部,形状不规则,飞边增多且较厚,裂纹常产生于不规则气孔的尖角处。图3所示为710℃时,铸件二次电子和背散射电子电镜照片。由图3可见,铸件内部有较多的气孔和夹渣。合金凝固过程中在晶粒内部以及晶界都会析出体心立方结构(b.c.c)的β相(Mg17Al12)。β相在高温下强度较低[5],且β相多在晶界析出,从而加剧裂纹产生。

图2

  图2 试样在不同工艺参数下的裂纹倾向性

图3

  图3 7l0℃时压铸件内缺陷

  2.2 压射速度对铸件热裂纹倾向性的影响
  图2b所示为浇注温度680℃、模具温度170℃、压射比压51MPa时,不同的压射速度对压铸镁合金AM60B热裂纹倾向性的影响。由图2b可见,随着压射速度的增大,铸件侧面热裂纹长度逐渐缩短;压射速度为3.5 m/s时,平均长度为36mm,热裂纹始于远离浇口端,飞边较少,气孔和夹渣逐渐增多,速度为3.5m/s时气孔很多;组织呈现很明显的树枝晶;铸件底面没有裂纹。随着压射速度的增大,合金液可以及时补充先凝固部分收缩所需要的液体。由于快的压射速度形成大的温度梯度,晶粒长大很快,很容易形成树枝晶,而且紊流液体容易卷进气体而形成较多的气孔,使得铸件力学性能降低。
  2.3 压射比压对铸件热裂纹倾向性的影响
  图2c所示为浇注温度700℃模具温度190℃、压射速度3m/s时,不同的压射比压刺压铸镁合金AM60B热裂纹倾向性的影响。由图2c可见,随着压射比压的增大,裂纹长度明显缩短,压射比压为58.7MPa时,平均长度为31mm,裂纹始于远离浇口端,飞边逐渐增多,气孔和夹渣逐渐减少,铸件底面没有裂纹。可以认为,在远离浇口端,凝固收缩温度梯度较大,金属液先凝固部分产生的应力首先在此处形成,容易产生裂纹。由于压力增加,延长了铸件凝固时间,增加了液体补缩时间,使孔洞处得到合金液的及时填充,从而减少了裂纹产生几率。
  3结论
  热裂倾向受浇注温度、压射速度、模具温度的交互影响。在浇注温度高、压射速度低、模具温度低时易于热裂,而在浇注温度低、压射速度快、模具温度高时热裂倾向减小,在浇注温度高、压射速度高、模具温度低时和在浇注温度低、压射速度低、模具温度高时热裂介于二者之间。
  在本试验条件下,浇注温度680℃、压射速度3.5m/s和压射比压58.7 MPa时,铸件产生热裂纹的倾向较小;而压射速度为3.5 m/s时,容易产生气孔和夹渣缺陷,且压射速度在3.5 m/s和3.0 m/s时,裂纹长度变化不是很大,故压射速度宜选择3.0 m/s。

                    
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