压铸工艺对Al—Mg—Si—Mn合金组织及力学性能的影响

张超　沈玲峰

摘要：文章研究了压铸工艺对Al-Mg-Si-Mn合金组织及力学性能的影响，试验结果表明：相同压铸力，随温度升高，材料硬度值增加，抗拉强度和伸长率不存在变化规律。相同压铸温度，随着压铸力增加，硬度值无明显变化。当压铸温度750℃、压铸140MPa时，硬度值最大为96.2HV。压铸温度700℃、压铸力100MPa时，铸件外观成型性良好。

关键词：Al-Mg-Si-Mn合金；压铸工艺；力学性能；显微组织；压铸力 文献标识码：A

中图分类号：TG249 文章编号：1009-2374（2015）30-0071-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.037

目前，改进新的压射工艺、改善合金的组织、精确控制压射工艺参数，成为发展高性能铝合金研究的重要方向。因此，本文对Al-Mg-Si-Mn合金的压铸工艺进行了研究，以期为材料的实际应用起指导作用。

1 试验过程

合金的主要化学成分（质量分数，%）为6.98Mg、2.01Si、0.001Ti、0.55Mn、0.001Cu、0.17Fe、0.001Zn、Al余量。合金采用YFF型坩埚熔炼炉熔炼，用YYC180B型卧室冷室压铸机进行压铸，压铸工艺：（1）温度650℃，压铸力60MPa、100MPa、140MPa；（2）温度700℃，压铸力60MPa、100MPa、140MPa；（3）温度750℃，压铸力60MPa、100MPa、140MPa。采用UTM5205X型电子万能试验机对试样进行力学性能试验，在蔡司显微镜、JSM-6510LA扫描电镜下对试样显微形貌及断口进行观察。

2 试验结果与讨论

压铸温度为650℃时，随着压铸力增加，抗拉强度提高50%，伸长率下降23%；温度为700℃时，随着压铸力增加，抗拉强度先提高5%，后降低21%，伸长率先提高14%，后下降67.5%；温度750℃时，随着压铸力增加，抗拉强度提高80%，断后伸长率提高72%。

在同一压铸力下，随着温度升高，硬度值增加。在温度750℃、压铸力140MPa时，硬度值最大，为96.2HV。说明在一定的范围内，随着温度升高和压铸力增大，合金硬度值增大。

XRD分析该合金主要的相组成物为α（Al）和Mg2Si，α（Al）为基体组织，Mg2Si为强化相。

压铸温度650℃，从不同压铸力下合金的铸态组织可以看出，α（Al）晶粒比较大，并且还有很多粗大的Mg2Si，通常会使合金变脆，所以抗拉性能最差。随压铸力增加，α（Al）和Mg2Si晶粒有明显细化，不过Mg2Si分布比较密集，当Mg2Si分布较稀疏时，试样抗拉强度最高，但α（Al）晶粒稍大，所以伸长率和硬度较低。

压铸温度700℃，从不同压铸力下合金的铸态组织可以看出，100MPa的试样较60MPa试样中Mg2Si分布稀疏，抗拉强度和伸长率较大，140MPa的试样很明显，晶粒比较粗大，力学性能最差。

压铸温度750℃，从不同压铸力下合金的铸态组织可以看出，60MPa试样中Mg2Si的含量较少，合金抗拉强度很低，140MPa下试样的力学性能最好。

通过对比发现，60MPa下、压铸温度为700℃时合金性能最好；100MPa下、700℃压铸温度下试样性能最佳；140MPa下、700℃试样中α（Al）晶粒粗大，750℃试样中Mg2Si分散性较好，基体组织细小，所以750℃的试样性能最好。

观察断口SEM图可以看出，试样存在气孔，气孔产生原因：一些熔炼工具没有清洁完全，压铸的时间可能过长等。缩松和缩孔产生的原因：合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值。这些缺陷通常都会对合金造成负面影响，降低合金的室温力学性能。

试样宏观断口可以看出断裂处均未发生明显的颈缩现象，可判断为脆性断裂。

第一组压铸温度为650℃，随着压铸力（60MPa、100MPa、140MPa）增加，很明显撕裂棱线条逐渐变得细小，而且韧窝数量增加，合金的室温抗拉强度有显著提高。

第二组压铸温度为700℃，随着压铸力（60MPa、100MPa、140MPa）增加，合金试样拉伸断口形貌有所变化，韧窝数量明显增多，韧窝直径变小且深度较大，准解离面变得细小，在断口的韧窝底部存在引起裂纹源的夹杂物或第二相粒子，这说明断口韧性断裂比例明显增大，试样断口由韧窝特征向混合断口转化。

第三组压铸温度为750℃，随着压铸力（60MPa、100MPa、140MPa）增加。扫描电镜图中存在的放大的缩松或缩孔。呈典型的准解离断口与沿晶韧窝断口混合的复杂断口，表面有大量的短而弯曲的撕裂棱，并且晶界上还有大量小韧窝。

合金的拉伸断口都是以准解离断裂为主的脆性断裂，准解离是介于解离断裂和韧窝断裂之间的一种过渡断裂的形式。准解离裂纹源是在晶粒内部的空洞、夹杂物、硬质点，同时还存在着局部的沿晶断裂，表现为细小撕裂棱及韧窝的混合断裂特征。

在扫描电镜下看到一连串白色颗粒状的物质，在图中发现有氧和碳，说明这些是氧化物夹杂。基体中夹杂物影响铝镁合金试样断裂的过程可以这样描述：当试样受到拉伸力时，裂纹前缘的地方产生严重的集中应力，当拉应力开始超过屈服强度时，裂纹尖端附近首先发生了塑性变形，形成一个塑性区，导致应力松弛，裂纹尖端钝化。随着塑性区的扩大，裂纹前端的夹杂物进入塑性区。由于夹杂物与基体间的结合力相对比较弱，然而在拉伸应力的作用下，夹杂物与基体分离，形成最初的微孔。继续增大载荷，裂纹尖端与微孔之间的内颈缩加剧，使裂纹尖端和微孔迅速聚合，裂纹开始向前扩展。因此，夹杂物有利于初始微孔的形成，并且对裂纹的扩展有较大影响。

3 结语

本文主要研究了压铸温度和压铸力对铝镁合金组织与性能的影响。基于不同的压铸温度和压铸力对组织产生的不同效果，采用显微镜、硬度计、电子万能试验机、扫描电镜以及XRD衍射仪对其组织、硬度和抗拉强度、相组成物进行分析，得出以下结论：（1）在压铸温度为650℃时，随着压铸力的增大，合金的组织中α（Al）晶粒变得细小，同时Mg2Si的分布也变的较为稀疏；在700℃时，随着压铸力增大，α（Al）晶粒先变得较细，而后又变得粗大，Mg2Si没有明显的变化；在750℃时，随着压铸力增大，α（Al）晶粒变化不大，Mg2Si的分布逐渐变得稀疏；（2）铝镁合金的硬度在同一压铸力下，随着压铸温度的升高，硬度值增加。而在同一压铸温度下，随着压铸力的增加，硬度值变化没有规律。在压铸温度为750℃和压铸力为140MPa时，硬度值最大为96.2HV；（3）压铸温度为700℃、压铸力为100MPa时，试样的抗拉强度和伸长率最好。抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为266MPa、197MPa和4%。在同一压铸力下，随着温度的升高，抗拉强度和伸长率不呈线性变化。

参考文献

[1] 袁晓光.实用压铸技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2009.

[2] 张金山.金属液态成型原理[M].北京：化学工业出版社，2011.

作者简介：张超（1986-），男，江苏人，江苏科技大学（张家港校区）冶金与材料工程学院讲师，研究生，研究方向：铜及铜合金；沈玲峰（1978-），男，江苏人，张家港市宏基铝业有限公司工程师，研究方向：高强铝合金。

（责任编辑：秦逊玉）endprint