鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其在降低運(yùn)輸工具重量、降低能耗、減少排放等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是汽車輕量化的首選材料。目前，汽車用鎂合金主要采用壓鑄成形，由于鎂合金壓鑄充型速度快，壓鑄件中卷入的氣體含量多，致使壓鑄件的力學(xué)性能偏低。此外，由于卷入的氣體在壓鑄件加熱時(shí)會(huì)引起膨脹，導(dǎo)致變形或開(kāi)裂，因此無(wú)法通過(guò)熱處理進(jìn)一步強(qiáng)化。近年來(lái)，真空壓鑄的發(fā)展在減少壓鑄件內(nèi)氣體含量，提高壓鑄件性能方面起到了重要的作用。并且真空壓鑄和普通壓鑄方法一樣操作方便，不降低生產(chǎn)效率，其應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。本文針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器殼體為研究對(duì)象，采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬及熱處理研究了其真空壓鑄工藝及力學(xué)性能的變化規(guī)律。

　　1 試驗(yàn)過(guò)程及方法

　　采用正交試驗(yàn)法，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬研究澆注溫度、模具溫度和壓射速度對(duì)轉(zhuǎn)向器殼體壓鑄成形性能的影響，其模擬條件如表1 所示。模擬時(shí)考慮到慢壓射工藝參數(shù)的影響，通過(guò)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換在Flow3d 軟件中實(shí)現(xiàn)了壓室與鑄件的結(jié)合，建立了帶有壓室填充的鑄件流體分析模型，如圖1 所示。慢壓射階段采用加速度為0.5 m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng)，擬真空條件為型腔真空度為20 kPa，空氣系數(shù)為0.2。

　　圖1 帶有壓室填充的鑄件流體分析模型

　　試驗(yàn)采用AZ91 合金作為轉(zhuǎn)向器殼體材料，壓鑄后采用線切割從殼體上截取板狀拉伸試樣，試樣標(biāo)距為10mm，厚度為2mm，寬度為4mm。在CSS255100型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)采用每組測(cè)試3 根試樣，取其平均值作為結(jié)果。利用OLYMPUS BX60 型金相顯微鏡觀察試樣的顯微組織。壓鑄件的熱處理采用固溶(T4：410℃x10 h)和固溶+時(shí)效(T6：410℃x10 h+ 180℃x10 h)兩種工藝。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1 正交模擬試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　表2 為轉(zhuǎn)向器殼體正交模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由表2可知，壓鑄工藝參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向器殼體的氣體卷入體積百分?jǐn)?shù)的影響的主次順序?yàn)椋簼沧囟取?a class="keyword_link" title="查看更多“壓射速度”信息！" href="http://www.feiqy1x.cn/info/detail/48-24743.html" target="_blank">壓射速度、模具溫度，而對(duì)表面缺陷百分?jǐn)?shù)的影響則是：澆注溫度、模具溫度、壓射速度。為了減少鑄件內(nèi)的含氣量，選擇的最佳優(yōu)化水平為A1B2C1，即澆注溫度為680益，模具溫度200℃，壓射速度為3.4 m/s。模擬得到的最佳工藝參數(shù)表明，在真空壓鑄條件下，當(dāng)澆注溫度和壓射速度較低時(shí)，鑄件的氣孔缺陷較小。較高的壓射速度與澆注溫度會(huì)增加金屬的流動(dòng)性，但會(huì)使金屬液在充型過(guò)程中易于卷氣，并且會(huì)引起鑄件粘模和沖擊鑄型，降低模具壽命，而且還會(huì)增加鎂合金在熔煉過(guò)程中由于高溫而造成的氧化。與普通壓鑄相比，由于真空壓鑄時(shí)模具型腔內(nèi)處于高真空狀態(tài)，對(duì)金屬液有一定的吸附能力，從而增加金屬液流動(dòng)性，因而可以采用較低壓射速度和澆注溫度。

　　2.2 鎂合金轉(zhuǎn)向器殼體真空壓鑄成形性能

　　2.2.1 鑄件外觀及組織觀察

　　在工藝參數(shù)為澆注溫度為680 益、模具溫度200℃、壓射速度為3.4 m/s 及真空度為20 kPa 的條件下，對(duì)轉(zhuǎn)向器殼體進(jìn)行了壓鑄試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用優(yōu)化的工藝參數(shù)能夠使鑄件成形良好，鑄件表面光潔，輪廓完整(見(jiàn)圖2)。圖3 為普通壓鑄和真空壓鑄轉(zhuǎn)向器殼體的顯微組織。可以看出，真空壓鑄件的氣孔缺陷明顯減少，組織更加致密，細(xì)小的Mg17Al12相彌散分布于晶界。

　　圖2 真空壓鑄鎂合金轉(zhuǎn)向器殼體

　　(a)普通壓鑄 (b)真空壓鑄

　　圖3 鑄件顯微組織

　　2.2.2 力學(xué)性能

　　圖4 為普通壓鑄和真空壓鑄轉(zhuǎn)向器殼體的力學(xué)性能對(duì)比。可以看出，真空壓鑄能夠提高鑄件的拉伸力學(xué)性能，真空壓鑄后的鑄件拉伸力學(xué)性能為b =206.6MPa，s=155.8MPa，5=3.5%。與普通壓鑄件相比，分別提高了8.9%、3.7%和1.8%。真空壓鑄鎂合金鑄件的硬度達(dá)到79.5HBS，其比普通壓鑄提高了13.6%。上述性能的變化是由于真空壓鑄時(shí)抽出了型腔中的空氣，使得鑄件中出現(xiàn)氣孔缺陷的幾率大大降低，改善了鑄件的顯微組織，增加有效的承載面積，從而提高了鑄件的力學(xué)性能。

　　2.3 熱處理對(duì)真空壓鑄轉(zhuǎn)向器殼體組織與性能的影響

　　2.3.1 組織

　　圖5 為不同熱處理狀態(tài)下普通壓鑄和真空壓鑄鑄件的顯微組織。固溶處理后，Mg17Al12 相融入基體中，真空壓鑄件的固溶效果優(yōu)于普通壓鑄，普通壓鑄件的組織中仍存在較多的Mg17Al12 相，且氣孔數(shù)量增多，而真空壓鑄件的組織基本形成了飽和固溶體(見(jiàn)圖5a 和圖5c)。固溶處理后再經(jīng)時(shí)效處理時(shí)，Mg17Al12相又從基體中以連續(xù)和非連續(xù)形式析出，T6 處理后真空壓鑄件組織中的析出物比普通壓鑄時(shí)的更為均勻、彌散(見(jiàn)圖5b和圖5d)。

　　圖4 普通壓鑄與真空壓鑄下鑄件的拉伸力學(xué)性能

　　2.3.2 力學(xué)性能

　　不同熱處理狀態(tài)下普通壓鑄和真空壓鑄AZ91合金的拉伸力學(xué)性能如表3 所示。可以看出，與鑄態(tài)力學(xué)性能相比，T4 和T6 熱處理能夠進(jìn)一步提高鑄件的力學(xué)性能，且熱處理對(duì)真空壓鑄件力學(xué)性能的改善作用更為明顯。T6 處理后真空壓鑄件的抗拉強(qiáng)度提高幅度為12.5%，而普通壓鑄件T6 處理后抗拉強(qiáng)度提高9.4%，并且熱處理后鑄件的伸長(zhǎng)率也略有提高。

　　3 結(jié)論

　　(1)在真空度為20 kPa 的條件下，鎂合金轉(zhuǎn)向器殼體合適的壓鑄工藝參數(shù)為澆注溫度680℃、模具溫度200℃及壓射速度3.4 m/s。在此工藝參數(shù)下，鑄件成形良好，內(nèi)部質(zhì)量明顯提高，其力學(xué)性能可以達(dá)到σb=206.6MPa，σs=155.8MPa，σs5=3.5%和79.5HBS。

　　(2)熱處理可以進(jìn)一步提高鑄件的力學(xué)性能，且對(duì)真空壓鑄件力學(xué)性能的改善作用更為明顯，經(jīng)T6處理后真空壓鑄鎂合金轉(zhuǎn)向器殼體鑄件的力學(xué)性能可以達(dá)到σb=232.5 MPa，σs =169.1 MPa，δs=4.2%和81.4HBS，與鑄態(tài)合金相比，分別提高了12.5%，8.5%，7.1%和2.4%。