阎峰云1，张庭凤1，王松海2
(1.兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，甘肃 兰州730050；
2.兰州飞行控制有限责任公司，甘肃 兰州730070)
摘要：研究了工艺参数对压铸镁合金AM60B薄壁件产生热裂纹倾向性的影响。结果表明，在本试验条件下浇注温度为680℃、压射速度3.5m/s和压射比压58.7MPa时，薄壁压铸件产生热裂纹的倾向较小。
关键词：压铸；AM60B镁合金；热裂纹
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[1]，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[2]。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 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 试样在不同工艺参数下的裂纹倾向性
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。
