鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度為1.75~1.90 g/cm3，其比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，略低于比強(qiáng)度最高的纖維增強(qiáng)塑料;其機(jī)加工性能優(yōu)良，易加工且加工成本低，加工能量?jī)H為鋁合金的70%;其耐腐蝕性比低碳鋼好得多，已超過(guò)壓鑄鋁合金A380;其減振性、電磁屏蔽性遠(yuǎn)優(yōu)于鋁合金。
另外，鎂合金的低密度、低熔點(diǎn)、低動(dòng)力學(xué)黏度低比熱容、低相變潛熱以及與鐵的親和力小等特點(diǎn)，使其具有熔化耗能少、充型速度快、凝固速度快、實(shí)際壓鑄周期短、模具使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，極適合于采用現(xiàn)代壓鑄技術(shù)進(jìn)行成形加工，直接制備出薄壁和復(fù)雜形狀的零部件。
而且鎂合金壓鑄件的性能優(yōu)良，在常規(guī)使用條件下替代鋼、鋁合金、塑料等制件的效果非常好。在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化的同時(shí)，還使產(chǎn)品具有優(yōu)良的特殊功能，并且在鎂合金壓鑄件報(bào)廢后，還可以直接回收再利用，符合環(huán)保要求。AZ91D是一種室溫下具有良好的塑韌性且具有一定強(qiáng)度和優(yōu)良耐蝕性的壓鑄鎂合金。
1、實(shí)驗(yàn)方法
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)采用的鎂合金為AZ91D,其熔化起始溫度為468℃，熔化結(jié)束溫度為596℃，固液相線溫度區(qū)間為165℃。
1.2 試樣的制備
在德國(guó)富來(lái)DAK 450-54型全自動(dòng)冷式壓鑄機(jī)上壓鑄出Φ10mm的拉伸試棒與截面為6mm×6mm的沖擊試樣。
1.3 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)及金相觀察
將Ф10mm拉伸試棒在島津萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)其抗拉強(qiáng)度及延伸率;把6mm×6mm的無(wú)缺口沖擊試樣放在示波沖擊試驗(yàn)機(jī)(型號(hào)為：CIEM-30D-CPC)上測(cè)合金的沖擊韌性;利用HBE-3000型電子布氏硬度計(jì)測(cè)合金布氏硬度;從Φ10mm試樣兩端取樣，并將其制成金相試樣，試樣腐蝕溶液為2%的草酸溶液。在MeF3金相顯微鏡上觀察壓鑄合金AZ91D的顯微組織并制作其金相照片。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 澆注溫度對(duì)壓鑄鎂合金AZ91D力學(xué)性能的影響
在澆注溫度在660~685℃時(shí)，隨著澆注溫度的升高，AZ91D合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率均升高;但明顯澆注溫度對(duì)延伸率的影響程度大;澆注溫度高于685℃以后，隨著澆注溫度的升高，抗拉強(qiáng)度和延伸率都降低。
在澆注溫度為700℃時(shí)的延伸率值異常，但延伸率總的趨勢(shì)是下降的。在澆注溫度在660~680℃時(shí)，隨著澆注溫度的升高，壓鑄合金AZ91D的沖擊韌性和硬度均小幅度升高;澆注溫度在680~700℃時(shí)，隨著溫度的升高，其沖擊韌性和硬度提升幅度較大;
澆注溫度高于700℃以后，隨著溫度的升高，其硬度急劇下降;而沖擊韌性在700~710℃時(shí)達(dá)到其峰值，隨著溫度的繼續(xù)升高，其沖擊韌性極可能降低。
綜合各個(gè)因素的影響，當(dāng)壓射比壓為70MPa，壓射速度為3.0m/s，鑄型溫度為200 ℃時(shí)，澆注溫度對(duì)AZ91D合金力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)澆注溫度為685 ℃時(shí)，壓鑄試樣力學(xué)性能最佳，抗拉強(qiáng)度可達(dá)263MPa，伸長(zhǎng)率達(dá)225 %。
澆注溫度過(guò)低不利于充型，易產(chǎn)生冷隔、充型不滿等缺陷; 澆注溫度過(guò)高則易產(chǎn)生飛濺、毛刺及在壓鑄件內(nèi)形成嚴(yán)重的縮孔、疏松缺陷，降低壓鑄件的力學(xué)性能，并加重對(duì)壓鑄型的熱沖擊。所以澆注溫度為685 ℃較適宜。
2.2 鑄型溫度對(duì)壓鑄鎂合金力學(xué)性能的影響
在其它工藝參數(shù)一定時(shí)，鑄型溫度對(duì)壓鑄鎂合金AZ91D的各項(xiàng)力學(xué)性能的影響。由圖可知，壓鑄鎂合金AZ91D的抗拉強(qiáng)度和硬度都是先隨著鑄型溫度的升高而升高，當(dāng)鑄型溫度超過(guò)200℃時(shí)，又隨鑄型溫度的升高而降低，但是明顯抗拉強(qiáng)度曲線比硬度曲線變化劇烈。
抗拉強(qiáng)度和硬度達(dá)到最大值時(shí)的鑄型溫度分別為200℃和197℃。合金的延伸率雖然隨著鑄型溫度的升高降低，但可以看出在180~210℃的范圍內(nèi)，其延伸率數(shù)值變化不大，這說(shuō)明鑄型溫度對(duì)合金延伸率的影響較小。
合金的沖擊韌性在180~190℃范圍內(nèi)，變化很小，隨后，合金的沖擊韌性隨溫度的升高而升高，200~210℃時(shí)，其值又比較穩(wěn)定。
綜上所述，壓鑄型溫度對(duì)AZ91D 合金力學(xué)性能的影響規(guī)律與澆注溫度基本相同。型溫過(guò)低會(huì)使冷速過(guò)快，導(dǎo)致壓鑄件表面快速形成硬殼，不利于充型和凝固補(bǔ)縮易形成冷隔。
型溫過(guò)高則易造成粘型拉傷。試驗(yàn)及分析表明：壓鑄溫度工藝參數(shù)對(duì)AZ91D 合金壓鑄態(tài)力學(xué)性能的影響由強(qiáng)到弱依次是澆注溫度，鑄型溫度; 當(dāng)壓鑄工藝參數(shù)(壓射比壓70MPa，壓射速度3.0m/s，鑄型溫度200℃，澆注溫度685 ℃)適宜時(shí)，壓鑄AZ91D 合金力學(xué)性能可穩(wěn)定地達(dá)到σb =263MPa，δ5 = 225 %。
2.3 壓鑄鎂合金AZ91D顯微組織分析
由Mg―Al 二元相圖可知，在平衡狀態(tài)下，AZ91D 由α相(Mg--Al 固溶體) 及金屬間化合物相 (β-Mg17Al12) 組成[5].在AZ91D合金壓鑄態(tài)組織中，狹長(zhǎng)形的β-Mg17Al12以不連續(xù)的網(wǎng)狀分布在初生α-Mg固溶體的基體上，而Mn-Al相則彌散分布在α相基體上。
在共晶體的周圍出現(xiàn)呈片狀的二次β-Mg17Al12析出相，二次β-Mg17Al12通常優(yōu)先從α相晶界析出，有時(shí)也從晶粒內(nèi)缺陷部位析出，由于固態(tài)下原子的擴(kuò)散能力小，析出的相不易長(zhǎng)大，一般比較小。
當(dāng)壓射比壓為70MPa，壓射速度為3.0m/s,模具溫度為200℃時(shí)，不同的澆注溫度下壓鑄AZ91D合金的顯微組織，晶粒大小有很明顯的變化，澆注溫度為685℃時(shí)，晶粒最細(xì)，而溫度為660℃和718℃時(shí)，晶粒明顯比685℃時(shí)大。
當(dāng)壓射比壓為70MPa,壓射速度為3.0m/s,澆注溫度為685℃時(shí)，不同的鑄型溫度下壓鑄AZ91D合金的顯微組織可以看到，在200℃時(shí)組織晶粒細(xì)小且致密，而在鑄型溫度為190℃時(shí)的組織晶粒大小不均，細(xì)小晶粒分布在鑄件的表層，粗大晶粒分布在鑄件內(nèi)部。
在壓鑄條件下，較快的冷卻速度導(dǎo)致壓鑄件表面層組織十分細(xì)小，而在中心部位則形成粗大的枝晶相。分析認(rèn)為，表面硬化層對(duì)鑄件力學(xué)性能起重要作用，其表面層硬度明顯高于心部硬度鑄型溫度過(guò)高將導(dǎo)致表面硬化層減薄且心部組織粗大.
3、結(jié)論
A.在溫度對(duì)AZ91D合金組織性能的影響的因素中，影響最顯著的是澆注溫度，其次鑄型溫度; 在適宜的壓鑄工藝參數(shù)( 壓射比壓70MPa，鑄型溫度200 ℃，澆注溫度685 ℃)下，壓鑄AZ91D合金的力學(xué)性能可穩(wěn)定地達(dá)到σb = 263MPa，δ5 = 225 %。
B.在嚴(yán)格控制鎂合金冶金質(zhì)量并在其他條件一定時(shí)，壓鑄鎂合金AZ91D適宜的澆注溫度為685℃;其適宜的鑄型溫度為200℃。
