鎂合金是常見工程材料中most輕的金屬，其密度約為鋁合金的2/3，鋼的1/5.目前國內汽摩車輛配置多為鋁合金輪轂或者鋼輪轂，它們在減重、減震、節(jié)能、降噪和車輛動力學特性等指標上均大大低于鎂合金，鎂合金鑄件減震效果是鋁合金的30倍，作為運動部件，用鎂合金替代鋁合金，單位體積價格則更便宜，經濟效益可觀，是較理想的新材料替換方式。然而，由于鎂合金生產工藝還不太成熟，造成輪轂鑄件缺陷較多，大大降低鑄件的使用性能，致使輪轂鑄件大量報廢。引起鎂合金輪轂鑄件缺陷的原因很多，主要有金屬合金成分、鑄件結構、生產加工工藝參數(shù)、模具結構等因素。本文重點研究了這些影響因素，分析了缺陷產生的機理，并提出了相應的解決措施。
1鑄件材料選擇及工藝分析1.1鑄件材料選擇實驗用輪轂鑄件是某公司開發(fā)的新產品，多用于裝配摩托車或電動自行車。原鑄造材料采用鑄造鋁合金，鑄造方式為低壓重力鑄造。由于鋁合金價格不斷上漲且鎂合金價格低于鋁合金，單位體積的成本更低，欲用目前商用化比較好的AM60B鎂合設計與制造。，金替換鋁合金，在保證輪轂的使用性能指標的前提下，降低生產成本，從而提高市場競爭力和經濟效益。AM60B是一種Mg-Al-Mn系列鑄造鎂合金，其化學成分w（%）為：5.56.5Al、砭0.20Zn、0.25Mn，雜質：砭0.10Si、砭0.005Fe、砭0.010Cu、砭0.002Ni，其他雜質ミ0.02°%，Mg余量。該合金Al和Zn含量較低，Mn允許高于0.5°%，對雜質含量要求較高，尤其對鐵和鎳雜質的限制，這對于提高合金的力學性能和抗蝕性能非常有利，但對合金熔煉工藝要求較為復雜。該合金密度為1.8g/cm3，收縮率為0.6%，綜合性能較好，沖擊韌度、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定，易于成形和機械加工，適于摩托車輪轂等運動部件' 1.2鑄件工藝分析試制用輪轂鑄件外觀輪廓見。輪廓most大尺寸為準460mmx89mm，鑄件質量1.5kg，most大⒅柿坎。4kg，most薄處為5mm，較厚處為輪福部位厚10mm，most厚處為輪轂中心的部位為22mm.從鑄件結構工藝分析看，輪轂各部位截面厚度不均，成型難度較高，易形成鑄件缺陷。
2反擠壓鑄造設備選型根據(jù)壓鑄模具設計手冊計算得知，該鑄件的表面積為0.479m2，most大投影面積為0.165m2，most大鎖模力要求most低350t，most大⒅亓坎。4kg，可以選用鑄造設備為2000kN四柱式萬能液壓機。該設備上橫梁移動距離可達850mm，下缸的頂出壓力most大為600kN，most大合模速度100mm/s，most大擠壓速度65mm/s，頂出活塞速度為80mm/s，溶杯內徑直徑3反擠壓鑄造工藝參數(shù)對鑄件質量的影響AM60B合金熔液本身冷卻速度較快，粘度較大，合金液流動性較差，造成鑄造工藝性較差，如果仍采用成型鋁合金輪轂的方法，即普通的低壓重力鑄造方式，很難獲得高質量的鎂合金輪轂鑄件，試制采用反擠壓鑄造工藝，澆注系統(tǒng)采用中心澆注，讓合金液在高速高壓下反重力充型，并嚴格控制其鑄造工藝，從試制情況看，試件質量較高，能滿足使用要求。試制過程中發(fā)現(xiàn)，澆注溫度、模具溫度、充型速度和保壓時間4種工藝參數(shù)對鑄件質量影響most大。其中most活躍的參數(shù)是澆注溫度，它直接影響輪轂鑄件的質量及產品收得率。其次是模溫影響，為了獲得理想的模具溫度，本課題采用德制油介質的模溫機進行加熱和冷卻，該設備既能保證模溫在所需的范圍內，又防止水介質泄露引起鎂合金爆炸。再次是保壓時間和充型速度的影響，充型速度過小，易產生充型不良、流痕等缺陷；保壓時間過短，鑄件還沒有完全冷卻，開模取出鑄件是容易變形；保壓時間過長，鑄件變形抗力增大，不易脫模。除上述影響外，合金本身的特性，合金液的澆注重量及潔凈度，鑄造模具結構以及所用涂料，均對鎂合金輪轂鑄件的質量有較為重要的影響。
4常見缺陷分析及解決措施在鎂合金輪轂鑄件的試制過程中，些鑄造常見的缺陷如裂紋、充型不良、氣孔、冷隔、流痕、夾渣等均出現(xiàn)。為了便于分析，把氣孔缺陷和夾渣稱為內部缺陷，而把裂紋，充型不良、冷隔、流痕稱為表面缺陷，下面對這些缺陷形成的原因進行簡單分析并提出相應的防范措施。
4.1鑄件內部缺陷4.1.1孔缺陷對試制輪轂鑄件沿軸線進行剖分，有時會發(fā)現(xiàn)在輪轂鑄件的剖面上有孔存在（見左圖），在光學顯微鏡下有時也會看到基體上有孔存在（見右圖）。可見孔缺陷在鑄件內部很常見，且大小不，仔細觀察還發(fā)現(xiàn)孔壁大多光滑，這類缺陷大多靠近內澆道周圍，沿著內澆道軸線方向分布，遠離內澆道處逐漸減少、變小甚至消失。分析發(fā)現(xiàn)，孔缺陷大多與合金液在充型過程中裹入氣體有關，裹入氣體的原因很多，①合金液充型速度過快，會形成紊流而卷入氣體；②模具型腔結構不合理，合金液會高速沖擊型芯，在充型過程中卷入氣體；③模具內部的水蒸氣：這些水分有模具潤滑油燃燒產生的，也有模具脫模劑水分揮發(fā)產生；一旦這些氣體因壓射比壓小，溢流排氣道設計不合理，均會造成排氣不良，從而形成氣孔。另外，合金液冷卻速度過快，合金液未能及時補縮時已冷卻，也會形成孔缺陷，這類孔稱為縮孔。
避免措施如下：①適當降低合金液充型速度，生產實踐表明，當充型速度低于0.27m/s，會避免裹入大量氣體，從而大大減少氣孔的產生；②合理設計澆注系統(tǒng)，適當加大內澆道與鑄件之間的過渡圓角，避免合金液沖擊模具型腔型芯；③適當增大內澆道和溢流槽的尺寸，增設型芯處排氣槽，適當提高壓射速度、壓射比壓、模具溫度，盡量多的排出氣體；④適當降低合金液澆注溫度：般情況下，為了消除氣孔、縮孔和疏松，在反擠壓鑄造時，常常把澆注溫度控制在較低的溫度，因為澆注溫度較低時，氣體易于從合金熔液內部逸出，極少留在金屬中，易于消除氣孔。
夾渣也是鎂合金輪轂鑄件常見的內部缺陷，需要截取鑄件內部截面，利用掃描電鏡觀察。是截取輪轂鑄件截面利用掃描電鏡觀察到的夾渣缺陷，觀察輪轂缺陷表面，發(fā)現(xiàn)有募性游鎩＜性塹致鑄件容易脆斷-性脆的根本原因，是造成輪轂鑄件斷裂的主要原因。夾渣產生的原因與合金液的潔凈度有關系，特別是鎂合金合金液，極易氧化，特別容易引起夾渣。夾渣一般是由于液態(tài)金屬除渣不干凈，或是被氧化生成氧化皮，沖頭加壓時，將氧化皮、涂料等擠入鑄件中引起的。定時除渣，防止鎂合金液氧化就能解決夾渣和性脆等問題。
避免措施如下：①在鎂合金液從熔煉到澆注全程通惰性氣體保護，盡量保證合金液的潔凈度，防止氧化；②定期清理沖頭和模具型腔的氧化皮和涂料積累，盡量保持擠壓鑄造周邊的衛(wèi)生清潔。
鑄件氣孔缺陷4.2鑄件表面缺陷4.2.1冷隔及充型不良缺陷這類缺陷是鑄件most常見的表面缺陷見，大多因為合金液在充型過程中還未充滿模具型腔，合金液就已經凝固了。這與鎂合金合金液的澆注溫度過低，合金液充型速度又較慢，而鎂合金液本身的冷卻速度又很快有關。用液壓機反擠壓鑄造鎂合金鑄件，就經常會出現(xiàn)這類缺陷。因為，大多液壓擠壓鑄造機在反擠壓鑄造時，需要壓機柱塞從下缸頂出，靠壓力促使合金液高速高壓反重力充滿整個模具型腔，但在實際鑄造過程中，需要先澆入合金液，然后模具在液壓機的動作下合模、鎖模，這些過程都需要時間，再加上一般液壓機的下缸頂出速度都較慢，合金液在溫度較低時被以較小的壓射速度進入模具型腔，而后進行加壓和保壓，most后填充型腔。結果，開始進入模具型腔的合金液由于模具型腔溫度較低，凝固很快，后進入的合金液在壓力作用下又進入型腔，凝固的合金液不可能接受瞬時壓力融化，而是被后面的合金液帶入模具型腔，就會經常出現(xiàn)冷隔缺陷。而如果加壓和保壓時間太短，則會出現(xiàn)充型不良缺陷。所以，對鎂合金鑄件來說，合金液澆注溫度過低或模溫過低，模具合模后開始加壓時間又過長，充型不良及冷隔缺陷出現(xiàn)的幾率就會大大增加。
避免措施如下：適且的合金液澆注溫度和模溫會大大減少此類缺陷的產生，適當加大液壓機的下缸頂出速度，延長加壓和保壓時間，效果會更好。實踐表明，適宜的澆注溫度為690720C，模溫為200250C.澆注溫度過低，其結晶潛熱小，鎂合金極易凝固，所需單位壓力也較大；澆注溫度過高，其結晶潛熱大，則易產生縮孔。另外，合模后開始加壓時間越快越好，這樣也會大大避此類缺陷產生。
裂紋缺陷（見）大多也是有熱問題引起，又稱熱裂，其影響因素包括厚截面、澆注溫度、循環(huán)時間、合金種類、模具溫度、加壓時間等，裂紋一般出現(xiàn)在型芯的過渡圓角處，有時鑄件表面也有裂紋。產生裂紋的原因可能是以下幾個方面綜合形成的。①型芯處的過渡圓角太小，合金液凝固時產生過大的局部應力集中；②鑄件出型過早，未凝固完畢就出型而造成熱裂，或出型太遲，使鑄件和型芯之間的應力過大；③模具溫度，尤其是型芯溫度過低，使附著在型腔內壁的合金液快速凝固成薄殼層，冷卻凝固過程中產生的收縮應力全部由極薄的金屬殼層承擔，在應力超過金屬殼層的極限強度后，金屬殼層發(fā)生撕裂；④加壓太遲，使鑄件局部得不到補縮；⑤保壓時間過長，鑄件薄壁處冷卻收縮受到限制而易被拉裂（冷裂）；⑥在頂出鑄件時，由于收縮應力會使鑄件發(fā)生變形，扭曲和冷裂。
根據(jù)以上分析，采取以下改進措施：①增大型芯處的過渡圓角；②模具溫度設定為240280C.模具溫度過高或過低都會給鑄件的質量和模具壽命帶鑄件裂紋來不利影響，容易發(fā)生粘模，使脫模困難，同時也會延長保壓時間，降低生產率。模具溫度過低，則使鑄件的質量得不到保證，如產生冷隔和表面裂紋等缺陷；③保壓時間以1020s為宜。保壓時間過短，則鑄件內部容易產生縮孔，如果保壓時間過長，則會延長生產周期，增加變形抗力，降低模具使用壽命。
5鎂合金輪轂鑄件的試制經過對鎂合金輪轂鑄件的試制，對試制過程中出現(xiàn)的缺陷進行分析、總結，了解鎂合金的特點，改變合金成份、鑄型形狀以及調整反擠壓鑄造工藝參數(shù)等，試制出了質量較高的鎂合金輪轂鑄件（見），經過各環(huán)節(jié)的測試，能夠滿足輪轂鑄件的使用要求。
6結論生產實踐表明，明確鑄件缺陷產生的機理，采取相關的防范措施，消除了鑄件缺陷，可以得到外表光滑、內在質量優(yōu)良的鎂合金輪轂鑄件，鑄件成品率可保持在90%以上。當然，有些缺陷的影響因素非常復雜，應具體問題具體分析。但只要廣大工程技術人員不斷研究，發(fā)現(xiàn)問題并不斷解決問題，鎂合金零件在不久的將來會大量應用在我們的日常生活中。
