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.目前國內(nèi)汽摩車輛配置多為鋁合金輪轂或者鋼輪轂，它們在減重、減震、節(jié)能、降噪和車輛動力學特性等指標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，作為運動部件，用鎂合金替代鋁合金，單位體積價格則更便宜，經(jīng)濟效益可觀，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。本文重點研究了這些影響因素，分析了缺陷產(chǎn)生的機理，并提出了相應的解決措施。
1鑄件材料選擇及工藝分析1.1鑄件材料選擇實驗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。由于鋁合金價格不斷上漲且鎂合金價格低于鋁合金，單位體積的成本更低，欲用目前商用化比較好的AM60B鎂合設計與制造。，金替換鋁合金，在保證輪轂的使用性能指標的前提下，降低生產(chǎn)成本，從而提高市場競爭力和經(jīng)濟效益。AM60B是一種Mg-Al-Mn系列鑄造鎂合金，其化學成分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°%，對雜質(zhì)含量要求較高，尤其對鐵和鎳雜質(zhì)的限制，這對于提高合金的力學性能和抗蝕性能非常有利，但對合金熔煉工藝要求較為復雜。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、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定，易于成形和機械加工，適于摩托車輪轂等運動部件' 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反擠壓鑄造設備選型根據(jù)壓鑄模具設計手冊計算得知，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，可以選用鑄造設備為2000kN四柱式萬能液壓機。該設備上橫梁移動距離可達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、充型速度和保壓時間4種工藝參數(shù)對鑄件質(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)的模溫機進行加熱和冷卻，該設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；保壓時間過長，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，下面對這些缺陷形成的原因進行簡單分析并提出相應的防范措施。
4.1鑄件內(nèi)部缺陷4.1.1孔缺陷對試制輪轂鑄件沿軸線進行剖分，有時會發(fā)現(xiàn)在輪轂鑄件的剖面上有孔存在（見左圖），在光學顯微鏡下有時也會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，裹入氣體的原因很多，①合金液充型速度過快，會形成紊流而卷入氣體；②模具型腔結(jié)構(gòu)不合理，合金液會高速沖擊型芯，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，溢流排氣道設計不合理，均會造成排氣不良，從而形成氣孔。另外，合金液冷卻速度過快，合金液未能及時補縮時已冷卻，也會形成孔缺陷，這類孔稱為縮孔。
避免措施如下：①適當降低合金液充型速度，生產(chǎn)實踐表明，當充型速度低于0.27m/s，會避免裹入大量氣體，從而大大減少氣孔的產(chǎn)生；②合理設計澆注系統(tǒng)，適當加大內(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適當增大內(nèi)澆道和溢流槽的尺寸，增設型芯處排氣槽，適當提高壓射速度、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，常常把澆注溫度控制在較低的溫度，因為澆注溫度較低時，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，將氧化皮、涂料等擠入鑄件中引起的。定時除渣，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，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，盡量保持擠壓鑄造周邊的衛(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，大多因為合金液在充型過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。用液壓機反擠壓鑄造鎂合金鑄件，就經(jīng)常會出現(xiàn)這類缺陷。因為，大多液壓擠壓鑄造機在反擠壓鑄造時，需要壓機柱塞從下缸頂出，靠壓力促使合金液高速高壓反重力充滿整個模具型腔，但在實際鑄造過程中，需要先澆入合金液，然后模具在液壓機的動作下合模、鎖模，這些過程都需要時間，再加上一般液壓機的下缸頂出速度都較慢，合金液在溫度較低時被以較小的壓射速度進入模具型腔，而后進行加壓和保壓，most后填充型腔。結(jié)果，開始進入模具型腔的合金液由于模具型腔溫度較低，凝固很快，后進入的合金液在壓力作用下又進入型腔，凝固的合金液不可能接受瞬時壓力融化，而是被后面的合金液帶入模具型腔，就會經(jīng)常出現(xiàn)冷隔缺陷。而如果加壓和保壓時間太短，則會出現(xiàn)充型不良缺陷。所以，對鎂合金鑄件來說，合金液澆注溫度過低或模溫過低，模具合模后開始加壓時間又過長，充型不良及冷隔缺陷出現(xiàn)的幾率就會大大增加。
避免措施如下：適且的合金液澆注溫度和模溫會大大減少此類缺陷的產(chǎn)生，適當加大液壓機的下缸頂出速度，延長加壓和保壓時間，效果會更好。實踐表明，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，合模后開始加壓時間越快越好，這樣也會大大避此類缺陷產(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)時間、合金種類、模具溫度、加壓時間等，裂紋一般出現(xiàn)在型芯的過渡圓角處，有時鑄件表面也有裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因可能是以下幾個方面綜合形成的。①型芯處的過渡圓角太小，合金液凝固時產(chǎn)生過大的局部應力集中；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)生的收縮應力全部由極薄的金屬殼層承擔，在應力超過金屬殼層的極限強度后，金屬殼層發(fā)生撕裂；④加壓太遲，使鑄件局部得不到補縮；⑤保壓時間過長，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，由于收縮應力會使鑄件發(fā)生變形，扭曲和冷裂。
根據(jù)以上分析，采取以下改進措施：①增大型芯處的過渡圓角；②模具溫度設定為240280C.模具溫度過高或過低都會給鑄件的質(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，同時也會延長保壓時間，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保壓時間以1020s為宜。保壓時間過短，則鑄件內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔，如果保壓時間過長，則會延長生產(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)過對鎂合金輪轂鑄件的試制，對試制過程中出現(xiàn)的缺陷進行分析、總結(jié)，了解鎂合金的特點，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)的測試，能夠滿足輪轂鑄件的使用要求。
6結(jié)論生產(chǎn)實踐表明，明確鑄件缺陷產(chǎn)生的機理，采取相關的防范措施，消除了鑄件缺陷，可以得到外表光滑、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的鎂合金輪轂鑄件，鑄件成品率可保持在90%以上。當然，有些缺陷的影響因素非常復雜，應具體問題具體分析。但只要廣大工程技術人員不斷研究，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大量應用在我們的日常生活中。
