项目２ 典型的压铸合金材料与熔炼 项目导入 一 相关知识 二 项目实施 三

典型压铸合金材料与熔炼 【能力目标】 【知识目标】 根据成型制品的使用环境和技术要求等因素，在考虑性价比的前提下，合理选用压铸材料。 1.对压铸合金的基本要求； 2.常用压铸合金及其使用特点； 3.常用压铸合金的熔炼； 4.产品的使用特点。

一、项目导入 汽车的发动机汽缸体选用什么材料？

二、相关知识 （一）压铸合金 对压铸合金的要求 密度小，导电和导热性好； 强度和硬度高，塑性好； 性能稳定，耐磨和抗腐蚀性好； 熔点低，不易吸气和氧化； 收缩率小，产生热裂、冷裂和变形的倾向小； 流动性好，结晶温度范围小，产生气孔、缩松 倾向小。

常用压铸合金及其主要特性 在压铸生产中，常用的压铸合金为铝合金、锌合金、镁合金和铜合金，最早用于压铸的铅、锡合金现在仅用于个别场合。近年来，黑色金属压铸特别是不锈钢的压铸已有一定的进展，但仍处于初始阶段，在国内用于生产者尚少。

铝合金 铝合金具有良好的压铸性能： 密度较锌合金小(2.5~2.9g/cm3)，比强度大 (σb/ρ=9~15)，高温力学性能也很好，在低温下工作时，同样保持良好的力学性能（尤其是韧性）； 具有良好的耐蚀性，在高温工作时，仍有良好的抗蚀性和抗氧化性能； 铝合金的导电性和导热性都很好，并具有良好切削性能； 铝有较大的比热容和凝固潜热，大部分的铸铝合合均有较小的结品温度间隔； 线收缩率较小，具有良好的填充性能、较小的热裂倾向。

饮料容器；建筑材料；航空航天工业；地面运输工业； 造船及发动机；电气和电子学材料；热交换器 铝合金的应用领域 轻、 高比强和模量、 高电和热导率、 好的腐蚀特性、 无磁性、 无毒 低熔点、 易溶化和易铸造、 机械加工性好、 成本低 饮料容器；建筑材料；航空航天工业；地面运输工业； 造船及发动机；电气和电子学材料；热交换器

汽车上的应用

摩托车上的应用

电动工具上的应用

锌合金的特性 锌合金 锌合金的压铸性能很好，具有填充成形容易．可以压铸形状复杂、簿壁的精密件，铸件表面光滑，尺寸精度高； 结晶温度范围小、不易产生疏松； 浇注温度较低、模具的使用寿命较长； 不易粘附模具型壁，不腐蚀模具等特点。 力学性能也较高，特别是抗压和耐磨性都很好； 锌合金铸件能够很好地接受各种表面处理，如电镀、喷涂、喷漆等；

锌合金的缺点 老化现象 它是锌合金的应用范围受到限制的主要原因。温度低于0℃时．其冲击韧度急剧地降低；温度升高时，力学性能下降，且易发生蠕变。 尺寸变化 锌合金在压铸成为铸件后会发生尺寸的收缩，开始收缩速度比较快，到三五天以后，大约完成了2/3后收缩速度减慢，尺寸逐渐趋于稳定。尺寸变化是由于压铸后内部组织的变化、湿空气和高温引起的腐蚀作用的结果。

锌合金的应用 结构用途：如骑车化油器，支柱，锁具，齿轮，框架。作为结构零件，要求对机械强度，尺寸精度，制件内部质量等要求高。 装饰用途：如日用品，玩具，装饰品，灯饰，手表外壳，手机外壳，金属扣，卫浴配件等。对压铸件表面质量要求比较高，要求表面光洁，造型美观

镁合金 镁合金的特性： 镁合金是最轻的金属结构材料，纯镁密度为1.74g/cm3，镁合金密度为1.75～1.90g/cm3，故它有很高的比强度，在铸造材料中仅次于铸钛合金和高强度结构钢。 镁合金具有明显的性能优势：比强度和比刚度高；导热导电性能好；电磁屏蔽能力强；良好的压铸成型性能、阻尼性能、减振性能及切削加工性能；回收利用率高；被誉为“21世纪的绿色工程材料”.

镁合金的优点 质轻，其密度是铝的2/3、钢的1/4，比强度和比刚度高; 具有优良的阻尼减振性能，疲劳强度比铝合金高; 受冲击载荷时，所吸收的能量比铝合金大一半以上; 具有熔点低、凝固快、凝固收缩小、不腐蚀钢质模具等特点； 易于回收和切削加工; 具有良好的电磁屏蔽性能、导热导电性能; 镁含金具有优良的服模性能，在压铸时，与铁的亲和力小，即使采用较小的出模斜度也不会出现粘模现象。

镁合金的缺点 镁与氧的化学亲和力很大，且表面生成的氧化镁膜是不致密的，故氧化剧烈很易燃烧。因此镁的熔炼和铸造均需采用专门的防护措施。 铸镁合金的结晶温度间隔一般都比较大，组织中的共晶体量也较少，体收缩和线收缩均较大，镁合金压铸时，易产生缩松和热裂。 镁的标准电极电位较低，其表面形成的氧化膜是不致密的，因而抗蚀性较低，故镁铸件常需进行表面氧化处理和涂漆保护。

应用范围 镁作为一种迅速崛起的工程金属材料，每年以15％的速率保持快速增长。以镁合金压铸件为例，根据国际镁协会的估计，1991年，在全球镁合金压铸件中，镁的应用已达到2.4万吨。此后每年以15％—20％的速率稳步增长，及至1997年，已达6.4万吨。2000年突破10万吨大关。到2008年，可能增加到24万吨规模，其中80％是汽车工业的应用。

镁合金在道路交通工具上的应用 镁合金进气歧管 奔驰镁合金坐椅 框架 镁合金轮毂

摩托车零部件

镁合金在3C产品和手动工具上的应用 手锯壳体 移动电话壳体 摄象机壳体

镁合金笔记本外壳　　

镁合金手机外壳 镁合金照相机外壳

铜合金 铜合金的性能： 铜合金的力学性能高，其绝对值超过锌、铝和镁等合金； 铜合金在大气中及海水中都有良好的抗蚀性能； 具有小的摩擦因数，耐磨性也很好； 疲劳极限和导热性都很高； 线膨胀系数较小； 铜合金的导电性能好，并且具有抗磁性能

铜合金的应用范围 应用广泛，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。 铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及印刷线路板等。 在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。 在化学工业中，应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。 在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产100万发子弹，需用铜13--14吨。 在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。

铜合金的应用结构

应用实例 铜合金管件 水龙头

内燃机轴瓦 铜合金产品

（二）压铸合金的熔炼 压铸合金的熔炼是压铸过程的重要环节。金属从固态变为熔融状态，是一个复杂的物理、化学反应以及热交换过程。随着熔炼过程中合金产生金属和非金属的夹杂物、吸收气体以及合金中的组分与杂质含量有所变化，因而在不同程度上影响到合金的物理、化学、工艺和力学性能。

压铸合金熔炼的一般过程

熔炼可在电阻炉、感应炉、油炉、燃气炉中进行。 而含镁易氧化的合金在电阻炉中熔炼为宜。

集中熔化 分炉保温

熔炼一般采用铸铁坩埚、石墨坩埚，也可采用铸钢(或钢板焊接)坩埚。 钢板焊接坩埚

1、铝合金的熔炼 装料：装料顺序因炉料不同而变化，若使用中间合金熔炼时，首先装入金属锭，然后装入中间合金；若用预制合金锭与回炉料时，则首先装入此类炉料，然后再加入为调整化学成分所需加入的金属锭或中间合金。对于一些易于损耗、熔点低的炉料（如Mg、Zn、Sn），应该在熔化末期，当在其他炉料熔化完后，于温度为690～700℃时加入。在炉容量足够的情况下，可同时加入回炉料、合金锭及中间合金，待其全部熔化后，在温度为690～700℃时，加入Mg和Zn等

熔化： 熔融的合金在熔炉中停留时间应尽量缩短。 特别是从合金精炼后至浇铸完毕的时间不宜超过4h。 熔化过程中的最高温度一般不宜超过760℃， 坩埚底剩余50-100mm的合金液不应浇注铸件。

精炼：目的是除去合金液中的气体和氧化夹杂物，目前广泛使用的各种无公害的精炼剂有氯盐、氟化物、六氯化烷等。为检查合金液除气精炼的程度，在浇注前要进行含气量检验。将精炼后的合金液用小勺浇注在试样模中，随即用预热的薄铁片刮熔液表面，观察其表面是否有气泡冒出。如符合技术标准，则可正常使用。当表面冒泡严重时，应重新精炼。压铸铝合金要在熔剂保护下进行熔炼和保温，以防合金液吸气和产生氧化夹杂物

2. 锌合金的熔炼 对炉料的控制 由于锌合金对Fe、Sn、Pd和Cd等有害杂质的作用极为敏感，所以对这些杂质应严格控制，防止混入。对回炉料的成分及有害杂质应经过化学分析，确定其含量后才能投入使用，混杂在回炉料中的铁及其他杂质要除掉。因此，锌合金的熔炼要单独进行，且选用高纯度的新材料，严格控制熔炼过程，以防止锌合金的“老化” 熔剂一般有氯化铵，氯化锌等，加入量为熔液的0.1％。

温度控制 熔炼温度控制在440-480℃，不可超过480 ℃ 。

熔炼过程：熔炼时，先加入熔点较高的铝锭和铝铜中间合金，再加入回炉料和锌，并撒上一层20mm厚覆盖剂，当炉料熔化后，用钟罩压入镁锭，去除覆盖层，用占料重0.25%～0.3%的精炼剂脱水氯化锌精炼，除渣后运保温炉中待用

3. 镁合金的熔炼 洗涤剂准备 在熔炉旁边另设一坩埚炉，将熔剂熔化并加热至760～800℃，以便熔炼工具在使用之前，在其中洗涤干净，经过洗涤的工具在加热到暗红色后才能使用。坩埚内的熔剂，在每一工作班中应清理1～2次，以除去其中的脏物，并根据坩埚的消耗量和洗涤能力的强弱，往洗涤坩埚中适当添加新的熔剂。洗涤熔剂还应定期更换

加料和熔化 将坩埚加热至400～450℃， 撒上占炉料重0.1%～5%的熔剂， 加入预热的镁锭、中间合金和回炉料， 待全部炉料熔化后，在温度为690～720℃时， 加入锌锭。每次加料后应在金属液面暴露部分 处添加新的熔剂

精炼 将金属升温到700～730℃，用搅拌勺激烈地由上而下搅拌 合金液5～8min，直到金属液面呈现镜面光泽为止。在搅拌 过程中，应向金属液面均匀不断地撒上熔剂，其消耗量为 炉料质量的0.8％～1％。除去金属液表面的熔渣或熔剂，并 撒上一层新熔剂，然后升温至780℃，在此温度下使金属液 静置不少于15min，然后转至保温炉待用。镁合金在整个熔 炼和保温过程中，如发现金属液面上有燃烧现象时，应立即 撒上新熔剂，并停留2～3min后进行压铸，以免将熔剂夹杂 带入铸件中，影响铸件质量

    镁合金熔炼可在保护性气体或熔剂保护下进行。 镁合金熔炼的保护气体主要是SF6。

4 、铜合金的熔炼 熔化和脱氧 压铸铜合金主要是黄铜，熔炼温度一般为1100～1150℃。黄铜含有较多的锌，在熔炼温度下，锌对铜液有脱氧作用，故铅黄铜一般不需加入脱氧剂进行脱氧；但硅黄铜仍需加入脱氧剂进行脱氧 硅黄铜熔炼的加料顺序是先加入铜硅中间合金，然后才加入铜和锌。熔炼过程中硅黄铜表面上有一层致密的氧化膜，可显著减少锌的蒸发。因此不一定要采用覆盖剂，而熔炼铅黄铜仍需要加入覆盖剂。

含气量检验 熔炼后将金属液浇入样模内，待冷却后，观察其 表面情况，若试样中间凹下去，表示合金液含气 量小；若中间凸起或者不收缩，则表示合金液气 体含量较多。此时可加入除气剂除气。黄铜也可 加热除气，加热至锌的沸点。锌蒸发沸腾时带出 气体。在铜合金中只允许除气2～3次，如还有气 体存在，则该炉合金不能用于压铸

三、项目实施 汽缸体为汽车的主要零部件，要求具有一定的强度和耐磨性能，耐高温，耐腐蚀，质轻，精度中等。采用ADC12材料，零件的使用性能满足实际要求，但在压铸时，要采用冷室压铸机压铸 ，合理控制压铸压力。

思考题： 要生产优质的压铸件，对压铸合金有哪些要求。常用的压铸合金有哪些？为什么铁合金很少用于压铸生产？