合金材料之选用.doc

合金材料选用- 压铸合金1.1 如何选择压铸合金：由于是用压铸的方法成形产品，所以所选用的合金应尽可能满足压铸的工艺条件。为此需从以下几点选择压铸合金：1.1.1机械性能：强度、延伸性、硬度等以满足产品的设计要求。1.1.2稳定性：随着时间的推移，产品在自然时效后，尺寸的变化是否能达到设计的要求。1.1.3易于压铸：流动性、填充性、收缩性、出模性等尽可能满足压铸的要求。1.1.4机械加工性：易于加工及加工表面的质量能达到产品设计的要求。1.1.5表面处理性：抛光、电镀、喷漆、氧化等要求能达到产品设计的要求。1.1.6抗腐蚀性：产品在最终的使用环境下具有一定的抗腐蚀性。1.1.7重量成本：具有合理的成本，增强产品的竞争性。 目前的压铸合金有锌、锡、铅、铜、镁、铝等六种。由于铜的熔点高，较少用压铸。下面介绍常用的几种压铸合金。1.2铝合金：1.2.1比重：铝合金用于压铸工业的主要原因是轻。比重：纯铝2.71g/cm3 ；压铸铝合金2.6-2.71g/cm3；加工铝2.7-2.89g/cm3；1.2.2熔点：纯铝熔点660.2；合金铝熔解范围520-600；压铸温度范围670-710。1.2.3铝合金优点：1.2.3.1铸件表面平滑。1.2.3.2抗腐蚀性好。1.2.3.3常温下，性能稳定。1.2.3.4加工性能好。1.2.3.5导热、导电性能好。1.3铝合金的分类：1.3.1纯铝：铝的含量在99%以上，主要用于电缆、导电元件及化学工业1.3.2铝合金： 铝合金通常分为加工铝合金和铸造铝合金。1.3.2.1加工铝合金：加工铝合金通常有：防腐铝（LF）、锻铝（LD）、硬铝（LP）、超硬铝（LC）、特殊铝（LT）等。1.3.2.2加工铝合金成分：目前厂内常用的加工铝合金有如下两种（属锻铝LD）：铜镁Mu硅铁锌铬钛铝60610.15040.81.20.150.400.80.70.250.040.050.15其余60630.100.450.90.100.200.60.350.100.100.12其余1.3.2.3铸造铝合金：铸造铝合金的种类很多，分别适用于不同的铸造方法：如翻砂铸造、金属型铸造、压力铸造、壳芯铸造等。常见的铸造合金见附表I及II1.4铝合金的可压铸性：用于压铸的铝合金较多，每种铝合金的压铸性能不同,合理的压铸铝合金应具有以下条件:1.4.1熔点低：减少与模具之温度差。1.4.2流动性好：提高压铸时之充填能力。1.4.3热膨胀系数小：减少收缩。1.4.4高温脆性要低：避免高温破裂。1.4.5和模具之亲合力要低：避免粘模，铁含量不可太高。1.4.6熔液氧化性小：熔液若是容易氧化的话，将减低流动性。1.4.7铸造应力小：避免产生变形，影响强度。1.5压铸铝合金中元素的作用：1.5.1硅（Si）：主要改善压铸铝合金的流动性，在共晶点（12.5%）时，铝合金的流运性最好。铝合金中硅的含量高则流动性能好，但最高为12.5%，同时硅的含量高则缩水小，但硅的含量越高则铝合金越脆，切削更难。加工铝合金韧性好、易加工、易氧化而压铸铝合金加工性能差、不易氧化的主要原因是硅的作用。1.5.2铜（Cu）：主要用于增强铝合金的机械强度及抗腐蚀性。铝合金中铜的增加会降低压铸性能，但对坩锅腐蚀性会降低。1.5.3镁（Mg）：主要用于增加抗拉强度、硬度、耐腐蚀性，可提高阳极氧化皮膜性能，但镁的增加会增大热裂性及降低压铸性能。1.5.4铁（Fe）：铁最主要的作用是减少粘模，为了易于出模，合金中最好含有0.8-1.0%的铁。但铁的含量过高会产生硬质点，导致加工时刀具的磨损及崩刀。1.6常用压铸铝合金性能及用途：常用和正在开发的压铸铝合金的性能及用途如下： 特性合金压铸性特 性耐热裂性气密性充填能力不粘模性耐蚀性机械加工性研磨性电镀性阳极处理外观化学氧化膜强度高温强度AlSi12FeADC111112453533LM24 ADC10A38022214331343LM2ADC123831212323134238422125332452LM9 ADC3A36012322332331表中：1-最好，5-最差1.7锌合金：1.7.1锌合金的压铸性能：机械性能、电镀性能都非常好，是目前本厂所生产的铝、镁、锌中压铸性能最好一种压铸合金。压铸件的表面粗糙度、强度、延伸性都很好。由于锌的流动性很好所以可以做较薄的产品（壁厚可做到0.5），锌最大的缺陷是比重太大，故产品的重量及成本较高，较适合做小件产品。同时，锌合金尺寸稳定性较差。1.7.2比重：纯锌：6.6g/cm3；压铸锌合金：6.7-6.9g/cm3；1.7.3熔点：纯锌：419；锌合金：387-390；压铸温度：390-4101.7.4锌合金的种类：通常锌合金可分为三类：1.7.4.1纯锌：纯度99.9%以上，用于电镀1.7.4.3加工锌：纯度、98%以上，用于照相制版、胶印制版、电镀等1.7.4.4铸造锌合金：合金锌通常有两种；1.7.4.4.1翻砂锌合金：含有8.0-12.0%的锌合金，用于砂型铸造。1.7.4.4.2压铸锌合金：目前用于压铸的锌合金型号比较少，最常用的是3#锌合金（ZAMAK 3）。1.8压铸锌合金型号：ZAMAK 3对应的各国标准及型号如下：英国BS：1004-1972 Alloy A美国ASTM:B240-74Alloy AG40A;SAE:903日本JIS:H2201 Na 2(ZDC2)德国DIN 1743:1978 GB ZN A14澳洲AS 1881-1977 Zn A14台湾CNS:ZAC1中国GB:Z ZnAl41.9压铸锌合金成分：常用的几种锌合金的化学成份如下：ZAMAK 2ZAMAK 3ZAMAK 5铝Al3.8-4.23.8-4.23.8-4.2铜Cu2.7-3.30.0300.7-1.1镁Mg0.035-0.060.035-0.060.035-0.06铅Pb0.030.0030.003铁Fe0.0200.0200.020镉Cd0.0030.0030.003锡Sn0.0010.0010.001硅Si0.020.020.02镍Ni0.0010.0010.0011.10锌合金的尺寸稳定性锌合金产品在成型后将会持续的收缩，在6个月后，将基本稳定。锌压铸件之收缩量如下：铸件处理时间合金3号mm/m合金5号mm/m正常时效变化5周后6月后5年后8年后0.320.560.730.790.691.031.361.41经过稳定化处理5周后3月后2年后0.200.300.300.220.260.37由于锌合金有明显的持续收缩现象，对尺寸要求较严格的产品，建议做稳定后处理，100-120、2-4H1.11锌合金中化学成份的作用：1.11.1铝(Al)压铸用锌合金中，通常含有3.9-4.3%的铝。铝能改善铸件的强度，但只有在3.5%及7.5%两个点时铸件的强度最好，同时，铝的加入会影响锌合金的流动性。锌合金中铝的含量在0%及5%时流动性最好。由于铝的含量对锌合金铸件的影响有相对的矛盾性，所以锌合金中铝的含量控制较严格，通过以下两个图表可以明显的看出：通过以上的分析可能看出，在生产过程中，锌合金中铝的混入量应严格控制1.11.2镁（Mg）：锌合金中微量的镁可以改善由于杂质的存在而引起的晶粒腐蚀（微现腐蚀），镁的含量过多会增加铸中的脆性。在生产中，镁由于是极易烧损的成份，故返生产越多，镁的含量会越低。1.11.3铜（Cu）：锌合金中铜的作用同镁的作用相似，可减少晶粒腐蚀，同时可增加锌合金的强度，但含量超过规定范围，铸件的尺寸稳定性降低，由于铜的熔点较高，生产中铜的含量会增加应加以控制1.11.4铁（Fe）：锌合金中的铁极易同铝反应生成比重比锌轻的（FeAl3）在清渣时可清除，铁对铸件的机械性能及压铸性能没有影响，但硬质的化合物会对打磨抛光及加工刀具有影响。1.12镁合金：镁合金用于汽车、电子、仪器等方面的一个主要原因是其比重很小（1.8g/cm3），此工程塑胶稍重（工程塑胶纺1.2-1.5 g/cm3），此外镁合金的散热、强度等都好，工程塑料好，所以目前在迅速的发展。镁合金最多的加工方法为压铸，再进行机械加工、表面处理。1.12.1镁合金的型号：商业习惯名称UNSASTMB93 &B94FormerSAE J465BFederalDIN1729JIS H2222&H5303AZ91BM11912AZ91B501AQQ-M383.5912.05MA1BAZ91DM11916AZ91D-MA1DAZ81-3.5812.05-AM60AM10600AM60A-3.5662.05MD2AAM60BM10602AM60B-MD2BAM50AM10500AM50A-AE42-AS41AM10410AS41A-3.5470.05MD3AAS41BM10412AS41B-AM20-1.12.2压铸镁合金的成份铝%锰%锌%硅%(最多)铜%(最多)镍%(最多)铁%(最多)其它%其他物质每种不能超过%AZ91D8.5-9.50.17-0.400.45-0.90.050.0250.0010.004-0.01AM60B5.6-6.40.26-0.50Max 0.200.050.0080.0010.004-0.01AM50A4.5-5.30.28-0.50Max 0.200.050.0080.0010.004-0.01AM2021.7-2.5Min.0.20Max 0.200.050.0080.0010.004-0.01AS41B3.7-4.80.35-0.6Max 0.100.60-1.40.0150.0010.0035-0.01AS2121.9-2.5Min.0.20.15-0.250.7-1.20.0080.0010.004-0.01AE4223.6-4.4Min.0.1Max 0.20-0.040.0010.0042.0-3.00.011.13镁合金的化学成份1.13.1铝Al铝是目前镁合金中的主要合金元素，铝可以增加镁合金机械强度、抗腐蚀性能，可改善镁合金的压铸性能，但铝的增加镁合金的延伸性及韧性会降低。AZ91D和AM60A的含铝为8.5-9.5%和5.6-6. 4%，因此AZ91D的压铸性能好而压铸件脆，而AM60A的压铸性能差，但其韧性好。1.13.2锌Zn锌可增加镁合金的强度及抗腐蚀性1.13.3锰Mn锰用于控制镁合金的强度及抗腐蚀性1.13.4铍Be微量的铍可减低镁合金的氧化速度1.13.5镍Ni镍是所有杂质中对镁合金危害最大的一种，它可急剧降低镁合金的搞腐蚀性能，镁合金可以电镀镀镍，但电镀后的不良品的回收是很大的问题1.14镁合金废料：镁可以回收，不过，与锌及铝压铸不同，镁压铸之废料，例如浇口及流道等，因为含有一定量之氧化物，故此，一般不能直接再次使用，否则，便会影响产品的性能。另一方面，镁合金通常应用于薄壁制品（电脑、通讯器材及消耗性电子产品），生产这些薄壁产品，浇口及流道等非制件部品，已占去镁材百分之七十或以上，加上镁压铸产品成功率并不高，有时甚至低于百分之五十，这种种因素，道致镁合金压铸成本高昂。现时，镁废料绝大部分由生产原（生）镁的公司回收，只有极少数之压铸厂能够自行回收。世界各地，专门回收镁压铸废料之公司也不多，回收设备与环保配套价格高昂，致使一般投资者却步。此外，为了将各式各样的废料分类以及能确保回收后的镁材能符合镁合金组成成份要求，不同的废料有不同的回收程序，因此不同的废料应分类管理。这些废料包括压块、浇口、流道、飞边、浮渣、碎屑、沉积在坩锅底部的沉渣、次品以及那些使用过的镁废料等等。因压块、浇口、流道及次