真空压铸技术对铝合金压铸件的外观质量和力学性能的影响

　　铝合金压铸是将高温熔融状态的铝合金金属液，高压高速压射入模具型腔成形的铸造工艺方法。这种铸造方法的特点是产品成形精密，生产效率高。但常规压铸工艺有缺陷，由于高速压射时模具型腔中的气体不能被有效排除，留存在铸件内部，形成气孔缺陷，导致铸件的力学性能变差。
　　为了解决这个问题，人们采用抽真空的方法，即压铸时抽出型腔中的气体，形成一定的真空或负压状态，从而减少了铸件内部的气孔缺陷。
　　长期以来，人们为了拓宽压铸件的应用范围，提高压铸件的力学性能，研究了一些新的压铸方法，如层流充填法（超低速压铸法）、充氧压铸法以及真空压铸法等。
　　上述方法的主要目的都在于减少金属液充填过程中的卷气现象，从而提高铸件的力学性能。由于层流充填法存在生产效率低，充氧压铸法存在操作工序复杂、工艺参数不易控制等缺点，所以实际生产中这两种方法应用的并不多。
　　而真空压铸法则是将型腔中的气体抽出，金属液在真空状态下充填型腔，因而卷入的气体少，铸件的力学性能得到提高。并且真空压铸和普通压铸方法一样，操作方便，不降低生产效率。所以真空压铸法自出现以来，表现出强大的生命力，随着相关技术的发展，其应用将越来越广泛。
　　本文针对某公司采用普通压铸方法生产的铝合金快速接头（OPW）存在外观质量不高、力学性能较差、平均合格率较低等问题，通过在原有模具的基础上添加了真空装置，研究了普通压铸试样和真空压铸试样的外观质量和力学性能，以期为真空压铸技术在铝合金压铸生产中的应用提供一定的指导意义。
　　1试验
　　试验所用的材料为ADCl2铝合金，采用锁模力为1800kN的J1118F型卧式冷室压铸机和DIEVS60-SUM9真空装置制备出直径为6mm的标准棒状拉伸试样。试验所用材料的化学成分见表1。

　　将普通压铸试样和真空压铸试样各分成两部分，每种试样一部分做T6热处理，另一部分不做处理，然后分别测试其力学性能。在CSS-1120型电子万能试验机上进行拉伸试验，在HB-3000型布氏硬度计上进行硬度试验，压头直径为5mm，载荷值为2.452kN，保持载荷时间为30S，环境温度为18℃。
　　本试验液态铝合金的浇注温度为660℃，增压压力为11MPa，低速速度为0.25m/s，高速速度为5m/s。
　　2试验结果及分析
　　2.1试样的外观质量
　　图1和图2分别为真空压铸试样和普通压铸试样在热处理后的照片。从图中可以看出，真空压铸试样的表面鼓泡很少。相比之下，普通压铸试样的表面有许多鼓泡，这是由于铸件内部气体高温膨胀而形成的。
　　图3为两种试样做抗拉强度试验后的断面照片。图中左侧的是普通压铸试样的断面，右侧的是真空压铸试样的断面。从图中可以看出，普通压铸试样的断面晶粒粗糙，颜色发黑暗；真空压铸试样的断面晶粒细密，颜色更接近铝合金本色。测量试样相同部位的直径，与热处理前相比，普通压铸试样的直径增大了0.1mm以上，而真空压铸试样几乎没有变化。

　　2.2试样的力学性能
　　采用T6热处理即固溶加人工时效的方法了解普通压铸工艺与真空压铸工艺生产的压铸件气体含量之间的差别。
　　两种试样分别随机抽取做力学性能试验，在热处理前的检测结果见表2。

　　从表2的检测结果来看，在热处理前，两种试样的力学性能相差不大，真空压铸试样的力学性能略好一些。真空压铸试样比普通压铸试样的抗拉强度提高约6.67%，伸长率提高了25%，硬度提高约4.34%。这是因为普通压铸试样中有较多的气孔存在，组织中的晶粒粗大，组织也较为疏松；而真空压铸试样中的气孔数量较少，组织中的晶粒细小，组织也相对致密。
　　两种试样同时进行固溶和人工时效处理。其中固溶条件：温度为515℃，时间为6h，冷却方式为90℃水冷；人工时效条件：温度为175℃，时间为6h，冷却方式为空冷。固溶处理与人工时效处理的间隔时间为1h。
　　按上述条件做过固溶和人工时效处理后，再抽样进行力学性能检测，检测结果见表3。

　　由表3数据可知，经T6热处理后，真空压铸试样的力学性能仍然保持在良好状态，伸长率还比铸态时提高了180%；而普通压铸试样的力学性能下降幅度较大。经T6热处理后，虽然两种压铸件组织中的共晶硅都得到了细化，但是真空压铸试样中气孔的大小并没有发生明显的变化；而普通压铸试样中气孔因体积膨胀而明显增大，从而导致其力学性能下降幅度较大。
　　表4给出了两种压铸工艺生产的压铸件气体含量的检测结果。
　　从表4中可以看出，真空压铸件的气体含量确实少于普通压铸件。
　　由于真空压铸时抽出了型腔中的空气，使得铸件中出现气孔缺陷的几率大大降低，从而改善了铸件的显微组织，提高了铸件的力学性能。
　　3平均合格率对比
　　据统计，2007年OPW系列产品的平均合格率只有60%多一点，不合格品主要是因为气孔缺陷造成的。2008年选择633F-2型快速接头制作了真空压铸模具进行试验，压铸的第一批产品合格率就有明显提高，达到了84%，单批最高合格率达到了97.36%。2007年产品的平均合格率只有69.79%，2008年平均合格率达到了89%，产品合格率提高约28%。
　　截止到2009年，OPW系列快速接头已有9个型号的产品制作了真空压铸模具，这9个型号产品的用量较大，用普通模具压铸合格率较低，换成真空模具后合格率提高很多。图4为2008年和2009年OPW系列产品的月计合格率。从图中可以看出，应用真空压铸技术后，产品合格率稳定在80%以上。由于产品合格率大幅提升，提高了生产效率，降低了生产成本，从而提高了市场竞争力。

　　4结论
　　（1）经抗拉强度试验后，与普通压铸试样相比，真空压铸试样的断面晶粒更细密，颜色更接近铝合金本色；经T6热处理后，真空压铸试样的表面鼓泡更少；测量试样相同部位的直径，与热处理前相比，普通压铸试样的直径增大了0.1mm以上，而真空压铸试样几乎没有变化。
　　（2）铸态时，真空压铸试样比普通压铸试样的力学性能略好一些。其中抗拉强度提高约6.67%，伸长率提高了25%，硬度提高约4.34%。经T6热处理后，真空压铸试样的力学性能仍然保持在良好状态，伸长率还比铸态时提高了180%，而普通压铸试样的力学性能下降幅度较大。
　　（3）采用真空压铸工艺不仅能够改善铸件的表面光洁度，减少气孔缺陷，还能提高铸件的平均合格率。其中，633F-2型快速接头的平均合格率可以达到89%，与普通压铸工艺相比，产品合格率提高约28%。
　　（4）固/液界面的动态波动导致连铸质量的不稳定，为保证质量的稳定性，在设计连铸结晶器时务必增大金属凝固区的温度梯度，减小固/液界面波动。