鎂合金是最輕的金屬結構材料，其密度為1.75～1.90 g/cm3，其比強度高于鋁合金和鋼，略低于比強度最高的纖維增強塑料；其機加工性能優良，易加工且加工成本低，加工能量僅為鋁合金的70%；其耐腐蝕性比低碳鋼好得多，已超過壓鑄鋁合金A380；其減振性、電磁屏蔽性遠優于鋁合金。另外，鎂合金的低密度、低熔點、低動力學黏度低比熱容、低相變潛熱以及與鐵的親和力小等特點，使其具有熔化耗能少、充型速度快、凝固速度快、實際壓鑄周期短、模具使用壽命長等優勢，極適合于采用現代壓鑄技術進行成形加工，直接制備出薄壁和復雜形狀的零部件。而且鎂合金壓鑄件的性能優良，在常規使用條件下替代鋼、鋁合金、塑料等制件的效果非常好。在實現產品輕量化的同時，還使產品具有優良的特殊功能，并且在鎂合金壓鑄件報廢后，還可以直接回收再利用，符合環保要求 [1]。AZ91D是一種室溫下具有良好的塑韌性且具有一定強度和優良耐蝕性的壓鑄鎂合金[2，3]。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
1實驗方法1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
1.1 實驗材料1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
實驗采用的鎂合金為AZ91D，其熔化起始溫度為468℃，熔化結束溫度為596℃，固液相線溫度區間為165℃。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
1.2 試樣的制備1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
在德國富來DAK 450—54型全自動冷式壓鑄機上壓鑄出Φ10mm的拉伸試棒與截面為6mm×6mm的沖擊試樣，其幾何尺寸圖1～3所示：單位（mm）1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
1.3 力學性能實驗及金相觀察1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
將Ф10mm拉伸試棒在島津萬能材料實驗機上測其抗拉強度及延伸率；把6mm×6mm的無缺口沖擊試樣放在示波沖擊試驗機（型號為：CIEM-30D-CPC）上測合金的沖擊韌性；利用HBE-3000型電子布氏硬度計測合金布氏硬度；從Φ10mm試樣兩端取樣，并將其制成金相試樣，試樣腐蝕溶液為2%的草酸溶液。在MeF3金相顯微鏡上觀察壓鑄合金AZ91D的顯微組織并制作其金相照片。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
2實驗結果及分析1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
2.1 澆注溫度對壓鑄鎂合金AZ91D力學性能的影響1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
在澆注溫度在660～685℃時，隨著澆注溫度的升高，AZ91D合金的抗拉強度和延伸率均升高；但明顯澆注溫度對延伸率的影響程度大；澆注溫度高于685℃以后，隨著澆注溫度的升高，抗拉強度和延伸率都降低。在澆注溫度為700℃時的延伸率值異常，但延伸率總的趨勢是下降的。在澆注溫度在660～680℃時，隨著澆注溫度的升高，壓鑄合金AZ91D的沖擊韌性和硬度均小幅度升高；澆注溫度在680～700℃時，隨著溫度的升高，其沖擊韌性和硬度提升幅度較大；澆注溫度高于700℃以后，隨著溫度的升高，其硬度急劇下降；而沖擊韌性在700～710℃時達到其峰值，隨著溫度的繼續升高，其沖擊韌性極可能降低。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
綜合各個因素的影響，當壓射比壓為70MPa，壓射速度為3.0m/s，鑄型溫度為200 ℃時，澆注溫度對AZ91D 合金力學性能的影響。發現澆注溫度為685 ℃時，壓鑄試樣力學性能最佳，抗拉強度可達263MPa ，伸長率達225 %；澆注溫度過低不利于充型，易產生冷隔、充型不滿等缺陷； 澆注溫度過高則易產生飛濺、毛刺及在壓鑄件內形成嚴重的縮孔、疏松缺陷，降低壓鑄件的力學性能，并加重對壓鑄型的熱沖擊。所以澆注溫度為685 ℃較適宜。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
2.2 鑄型溫度對壓鑄鎂合金力學性能的影響1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
在其它工藝參數一定時，鑄型溫度對壓鑄鎂合金AZ91D的各項力學性能的影響。由圖可知，壓鑄鎂合金AZ91D的抗拉強度和硬度都是先隨著鑄型溫度的升高而升高，當鑄型溫度超過200℃時，又隨鑄型溫度的升高而降低，但是明顯抗拉強度曲線比硬度曲線變化劇烈。抗拉強度和硬度達到最大值時的鑄型溫度分別為200℃和197℃。合金的延伸率雖然隨著鑄型溫度的升高降低，但可以看出在180～210℃的范圍內，其延伸率數值變化不大，這說明鑄型溫度對合金延伸率的影響較小。在圖9中，合金的沖擊韌性在180～190℃范圍內，變化很小，隨后，合金的沖擊韌性隨溫度的升高而升高，200～210℃時，其值又比較穩定。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
綜上所述，壓鑄型溫度對AZ91D 合金力學性能的影響規律與澆注溫度基本相同。型溫過低會使冷速過快，導致壓鑄件表面快速形成硬殼，不利于充型和凝固補縮易形成冷隔; 型溫過高則易造成粘型拉傷。試驗及分析表明: 壓鑄溫度工藝參數對AZ91D 合金壓鑄態力學性能的影響由強到弱依次是澆注溫度，鑄型溫度； 當壓鑄工藝參數(壓射比壓70MPa ，壓射速度3.0m/s，鑄型溫度200℃，澆注溫度685 ℃) 適宜時，壓鑄AZ91D 合金力學性能可穩定地達到σb =263MPa ，δ5 = 225 %。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
2.3 壓鑄鎂合金AZ91D顯微組織分析[4]1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
由Mg―Al 二元相圖可知，在平衡狀態下，AZ91D 由α相(Mg——Al 固溶體) 及金屬間化合物相 (β-Mg17Al12) 組成[5]。在AZ91D合金壓鑄態組織中，狹長形的β-Mg17Al12以不連續的網狀分布在初生α-Mg固溶體的基體上，而Mn-Al相則彌散分布在α相基體上。在共晶體的周圍出現呈片狀的二次β-Mg17Al12析出相，二次β-Mg17Al12通常優先從α相晶界析出，有時也從晶粒內缺陷部位析出，由于固態下原子的擴散能力小，析出的相不易長大，一般比較小。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
當壓射比壓為70MPa，壓射速度為3.0m/s，模具溫度為200℃時，不同的澆注溫度下壓鑄AZ91D合金的顯微組織，晶粒大小有很明顯的變化，澆注溫度為685℃時，晶粒最細，而溫度為660℃和718℃時，晶粒明顯比685℃時大。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
當壓射比壓為70MPa，壓射速度為3.0m/s，澆注溫度為685℃時，不同的鑄型溫度下壓鑄AZ91D合金的顯微組織可以看到，在200℃時組織晶粒細小且致密，而在鑄型溫度為190℃時的組織晶粒大小不均，細小晶粒分布在鑄件的表層，粗大晶粒分布在鑄件內部。在壓鑄條件下，較快的冷卻速度導致壓鑄件表面層組織十分細小，而在中心部位則形成粗大的枝晶相。分析認為，表面硬化層對鑄件力學性能起重要作用[6，7]，其表面層硬度明顯高于心部硬度鑄型溫度過高將導致表面硬化層減薄且心部組織粗大[8]。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
3．結論1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
A．在溫度對AZ91D合金組織性能的影響的因素中，影響最顯著的是澆注溫度，其次鑄型溫度； 在適宜的壓鑄工藝參數( 壓射比壓70MPa ，鑄型溫度200 ℃，澆注溫度685 ℃) 下，壓鑄AZ91D 合金的力學性能可穩定地達到σb = 263MPa ，δ5 = 225 %。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
B．在嚴格控制鎂合金冶金質量并在其他條件一定時，壓鑄鎂合金AZ91D適宜的澆注溫度為685℃；其適宜的鑄型溫度為200℃。1P0熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
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