目前380压铸合金成分的变化对力学性能的影响

380压铸合金成分的变化对力学性能的影响

摘 要：试验分析了380压铸合金化学成分的不同配比对力学性能的影响。结果表明高合金含量配制的380铝合金与低合金含量配制的380铝合金相比，前者抗拉强度、屈服强度及硬度高，而后者伸长率高，标准的380铝合金成分则在二者之间。实际应用中，应根据零件对力学性能的具体要求合理选配。

关键词：380压铸合金 化学成分 力学性能

自从有了冷室压铸机以来，铝合金在压铸工业中的推广应用为时已久。80年代在美国的压铸件生产中，铝合金占80%。随着时间的推移及生产发展的需要，纳入到压铸铝合金中的品种高达23种，但是最为典型的是40年代就被采用的380铝合金(类似GD-AlSi9Cu3)。美国对于这种合金制订出三种标准，即380，A380及B380，这类合金典型的化学成分如表1［1］所示。表1 典型380铝压铸合金的化学成分

代号wB/%SiCuFeMnMgNiZnSn其他

总量Al3807.5

～9.53.0

～4.02.00.500.100.503.00.350.50其余A3807.5

～9.53.0

～4.01.30.500.100.503.00.350.50其余B3807.5

～9.53.0

～4.01.30.500.100.501.00.350.50其余

含铁量及含锌量的不同是这几种合金的主要区别。380的含铁量为2%，可以在热室压铸机上生产。A380及B380含铁量均为1.3%，只用于冷室压铸机。这种合金在开始制订标准的时候，只有380及A380，其含锌量皆限于1%。到了50年代，锌的上限升到3%，这样就把含锌量为1%的合金命名为B380。所有的这几种合金都具有优越的铸造性能和高的力学性能，且容许存在一定的杂质，因此380即成为最基本的常用压铸合金。下面针对A380合金，阐述在正常的生产条件下，由于化学成分的不同，对于金相组织及力学性能的影响。现把合金的化学成分含量划分为上限(H)及下限(L)两种，在室温下进行测定。

1 试验方案

所有的合金及压铸试棒都在生产条件下进行，试验用上限(H)及下限(L)两组合金化学成分的变化范围如表2所示。表2 两组试验用合金化学成分的通过智能算法变化范围

代 号wB/%SiCuFeMnMgCrNiZnPbSnTiAl下限(L)7.372.900.670.240.020.020.020.850.020.010.03其余上限(H)9.513.911.270.280.270.080.532.890.060.030.04其余<没有涂层的碳纤维很难操作/p>

所采用的铝压铸件标准试棒如图1所示。

图1 按照ASTMB所采用的铝压铸标准试棒

压铸后的试棒都要进行清理和去边，按每一种合金成分压铸出50根试棒，通过透视检查其气密性，再从每一种成分中挑选35根致密性好的试棒进行测试。

压铸试棒在，铸态下存放45 d后再进行测试，其抗拉强度、屈服强度及伸长率，均按ASTM标准计量，由于试棒并非理想的整圆形，还需精确地计算其截面积，以减少误差。每种合金取20根试棒作硬度检验，按HRB计量。

试棒组织的检查采用光学显微镜、光栅电子显微镜以及透视光谱分析仪，这样完全可以准确无误地清晰地显示出金相组织中各种相的构成、分布及成分。再作一次断口表面光透试验并作光栅电子显微镜检查。

2 力学性能试验

经试验所测得的抗拉强度、屈服强度及伸长率、硬度数据见表3表3 两组合金力学性能测量值

代号有关数据抗拉强度

MPa屈服强度

MPa伸长率

%硬度

HRB(HB)L平均值309.86140.806.4633.4(69.4)最低值285.3247.014.321.2(62.1)最高值322.48168.318.247.0(80.0)标准误差±11.78±13.17±0.85±4.5(±9.4)测量精度±3.5±3.5±0.2±1(±2)H平均前景广阔值345.72221.812.5562.3(98.3)最低值322.48200.512.0049.6(82.6)最高值364.54241.333.0571.0(112.0)标准误差±7.17±10.20±0.28±3.5(±5.5)测量精度±3.5±3.5±0.2±1(±2)

抗拉强度从5万元利润的小打小闹到1亿产值单位为N的逾越式发展及屈服强度的最低值，可参照各种标准规范及权威机构所制定的数据作对比，其具体内容如表4所示。表4 380合金力学性能的各种标准值

数据来源抗拉强度

MPa屈服极限

MPa伸长率

%硬度

HB①.075②.0③.575④.5⑤.5⑥.080

注：数据来源如下：

①Rooy E.L.:Aluminium and Aluminium TM Handbook,9,.15,(1988),S..

②ASTM Metal Handbook,10,.2,(1990).

③1992 Annual Book of ASTM Standards V.02.02.1992.

④ASTM Metal Handbook,9,.2,(1979),S.170

⑤Aluminium Alloy A380(Aluminium Die Casting Alloy).Metal Digest,Al-6q,Juni 1986.

⑥EN-Norm BZW.D1N 1725 Teil 2.

布氏硬度值可参见表3中的数据，并换算成HRB。表3中的标准误差是从35根试棒中测定，而硬度是从20根试棒中通过200个点测出。其性能见图2～图5。

图2 不同抗拉强度的试棒所占比例 图3 不同屈服强度的试棒所占比例

图4 不同伸长率的试棒所占比例 图5 不同硬度的试棒所占比例

3 结果论述

A380(GD-AlSi9Cu3)的化学成分对力学性能和金相组织有明显的影响。当以高合金含量(H)配制时，其抗拉强度、屈服强度及硬度，分别比低合金含量(L)要高出11.6%，57.5%及86.5%。低合金含量(L)的伸长率比高合金含量(H)要高出153%。A380合金的化学成分的标准值，处于高(H)、低(L)两者之间。

同一种合金所压铸的试棒的性能也会出现差别。例如由合金(L)所压铸的35根试棒，其抗拉强度有最低值285 MPa及造成这类故障的缘由及排除方法：（1）按键开关顶杆太长最高值322 MPa之分。伸长率、硬度及屈服强度误差的平均值，分别为36.4%，60.4%及77.2%。这种数据的分散情况，低合金含量(L)比高合金含量(H)表现得更为明显。这种分散程度的大小，可能要从合金中出现偏析及工艺参数的变化来作解释了。如果化学成分达到最佳值，又通过工艺参数的严格控制，材料的力学性能还会达到更高的水准。

作者简介；王益志,男,1925年出生,教授,上海交通大学(200030)

作者单位：王益志(上海交通大学)

参考文献：

［1］Wang L,Makhlouf M,Apelian fect of 380 Alloy Chemistry on its Microstructure and Mechanical Properties.,c.,(1995),106:675～681

［2］Rohrig nfluss der Chemischem Zusammensetzung auf Gefǜge and mechanische Eigenschaften von esserei-Praxis,1997(13/14):297～303(end)