决定压铸铝合金铸造性能的冶金因素
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能迟后，否则会扩大早期凝固而不能最大限度压缩所包裹的孔眼，快速充型可以3 - 让每个人平等地提升自我！
利用增加金属液流速来达到。此时内浇口尺寸要大一些，这样也有助于对金属施
压。
3、潜热的影响。
表 3 中最后一排的数值是一些合金的潜热或结晶热，这些热量是凝固时释
放的，可以看出与硅含量有直接关系，硅含量越高潜热越大。
图 1 Al-Si 二元状态图
图 2 压铸铝合金冷却曲线形状
那么，合金的结晶范围对压铸人员有什么意义呢？是相对铸造性能的指标
（尺度）吗？事实上结晶范围，根本不能独自作为铸造性能的指标或衡量的尺度。
冷却曲线及其形状和结晶时所释放的热量才是重要的，这两者决定了铝合金的铸
造性能。
图 2 中有表 1 所列合金的冷却曲线。对照后完全可以看出这些合金冷却曲
另一方面，一些合金凝固时，从首先的全液态通过糊状进行（不断增加初
晶铝的分数）。糊状（海棉状）凝固延续到整个断面，这类合金凝固后具有一层
有限厚度的致密层（0.5—1 mm），而整个断面有大量的缩松（见图 4），所以这
种合金，铸造耐气密性零件十分困难。
具有高等温结晶分数的合金，需要短的充型时间和短的增压建压时间，不
582
574
521
~90
540
B390 GD-AlSi17Cu4
649
566
507
~90
616
A413 GD-AlSi12Cu
582
5775Biblioteka 7~95563518
GD-AlMg8
621
538
0
391
表 3 介绍了一些铝合金凝固时的物理性能。等温结晶分数对决定压铸参数
具有重大意义，特别对设计浇注系统。64 - 让每个人平等地提升自我！
图5 硅含量与流动性的关系
图 6 结晶潜热与凝固时合金中的固相分数 图 6 示出各种铝合金凝固时释放的结晶潜热和凝固金属中的固相分数。 过共晶 GD-AlSi17Cu4，在热量释放时第 1 阶段析出初晶硅（几乎是纯硅）， 大量的热量被释放（约 116J/g），这时才有 6.5%的合金凝固，约为 GD-AlSi9Cu 3 合金，同样凝固量所释放出热量的 5 倍，说明这样的事实，即过共晶 GD-AlSi 17Cu4 是所有常用铝合金中流动性最好者之一。 虽然这些热量改善了流动性，但必须通过模具散发出去，如果模具设计时 不注意，特别是设计浇注系统和冷却系统时欠考虑，就会导致热区产生并延长铸 造循环时间，还会影响模具寿命。 过共晶铝合金和近共晶、亚共晶铝合金一样具有高的等温结晶分数，所以 需要短的充型时间和在充型结束应快速增压，避免过早凝固和得到最大的压实 （孔隙），内浇口必须使金属充填型腔速度快，但又不产生有损模具的内浇口速 度，还要避免金属流直冲型腔薄弱处。 模具冷却系统设计时要考虑过共晶铝合金比近、亚共晶铝合金凝固时要多 散发 25%的热量。如果不加强冷却，则相同模具就需要较长的冷却时间（至少长 25%）无疑要延长循环时间，降低生产率。但简单地增加冷却通道水流量也不是 一个好的解决方案，因为存在一种在这一期间，没有凝固金属发生时，该处出现 过度冷却的现象，所以冷却，一要合理布置，二要周期性进行，这对减少模具早
GD-AlMg8
≤0.35 ≤1.1 ≤0.25 7.6-8.5 ≤0.15
1、结晶范围与冷却曲线形状
现将表 1 所列合金的结晶范围（有时也称熔化范围）介绍于表 2（表中数
值是近似值和经验值）
表 2 表 1 中合金的结晶范围
合金
A360 A380
GD-AlSi10Mg GD-AlSi9Cu3
按ADC1，AFS 和ASTM
线的特征区别，特别是 GD-AlMg8 的冷却曲线，其特征是该合金冷却时，随着固
相分数的增加，温度也不断下降，一旦固相分数达到 40%以上时，就形成邻接的
网状固相组织。这些固相的强度不足以克服收缩时模具的阻力，特别存在热节时，
铸件于后续的凝固阶段易产生裂纹或者在凝固终结时产生开裂，这种凝固形式的
合金称之为热裂敏感合金，如 A1-Cu，Al-Zn 系合金也是一样，这类合金是难于
们的结晶范围相差不是很大（前者近 103℃，后者近 75℃）。Al-Si 合金结晶是
等温的，亦即在共晶转变温度，对 GD-AlSi9Cu3 近 574℃。一段时间以后温度便
再次下降，固相已完全形成，只有低熔点相还保持液态（此处为 CuAl2），合金
已具有足够的强度，可承受由于型腔作用而产生的收缩应力，直至凝固结束。
的压铸铝合金。
表 1 美国压铸铝合金锭化学成份
合金
质量分数 %
Si
Fe
Cu
Mg
Zn
A360 GD-AlSi10Mg 9.0-10.0 ≤1.0 ≤0.60 0.45-0.60 ≤0.40
A380 GD-AlSi9Cu3
7.5-9.5 ≤1.0 3.0-4.0 ≤1.0
≤2.9
383 GD-AlSi10Cu2 9.5-11.5 ≤1.0 2.0-3.0 ≤1.0
≤2.9
384 GD-AlSi11Cu2 10.5-12.0 ≤1.0 3.0-4.5 ≤1.0
≤2.9
B390 GD-AlSi17Cu4 16.0-18.0 ≤1.0 4.0-5.0 0.5-0.65 ≤1.4
A413
GD-AlSi12Cu
≤1.0 11.0-13.0
≤1.0
≤0.1
≤0.4
516
表 3 铝合金凝固时的物理性质
合金
液相点 ℃
共晶点 ℃
固相点 等温结晶 结晶型
℃
分数%
J/g
A360 GD-AlSi10Mg
596
577
557
~75
526
A380 GD-AlSi9Cu3
593
574
521
~70
500
383 GD-AlSi10Cu2
588
574
521
~75
530
384 GD-AlSi11Cu4
元素含量的极限，这就会扩大结晶范围，在表 2 中以最大允许范围标出。1 - 让每个人平等地提升自我！
有时压铸专业人员利用 A1-Si 二元状态图（图 1）来解释 A380 和 383（GD -A1Si9 和 GD-AlSi10Cu2）如表 2 中的第 4 排。二元状态图不能充分描述这些多 元系合金，所以运用这种二元状态图会误导的。2 - 让每个人平等地提升自我！
过共晶合金 GD-ASi17Cu4 具有更宽的结晶范围 150℃。它的冷却曲线在图
2 中，像亚共晶和近共晶 Al-Si 合金，它具有更多的等温结晶产物，合金具有长
时间共晶转变点时，这种合金是不热裂敏感的。是宽结晶范围难于铸造规则的例
外。
2、等温结晶分数的作用。
582-521
596-516
582-577
B390 GD-AlSi17Cu4 649-510
649-507
660-507
649-577
A413 GD-AlSi12Cu
582-574
582-577
588-577
579-577
518
GD-AlMg8
621-535
621-538
627-535
表 1 中合金的典型化学成份，如果有的元素对结晶范围影响很大，且接近
纯金属或纯共晶合金是 100%等温结晶（凝固），凝固是从型腔壁开
图 3 100%等温结晶的合金其缩孔 （松）在铸件中的分布
图 4 有结晶范围合金铸件中缩 孔（松）的分布
始逐渐向铸件中心进行。具有这样凝固模式的铸件具有很致密和很厚的铸皮。如
果产生缩孔或缩松则存在于铸件断面的热中心（图 3），这些铸件十分耐气密性。
铸造的合金，但引起铸造难度的不但是单独的宽结晶范围，而且是宽结晶范围与
凝固阶段冷却曲线特征相结合。
对于 GD-AlMg8 这类合金，最好用于小零件，形状简单的零件。大而模具阻
碍收缩的零件是很难铸的。一个比较简单而可避免裂纹的办法是模温要均匀且
高，铸件留模时间短，在较高温度下推出铸件。
比较 GD-AlMg8-5，GD-AlSi9Cu3。可知冷却曲线形状完全不一样，虽然它5 - 让每个人平等地提升自我！
期裂纹十分重要，对一些模具薄弱处，尽量进行镶拼，以便这些地方受热损伤后 可以更换。
4、显微组织的影响。 众所周知，压铸件表面有一层致密层，这一层都是细晶粒的，所以这层铸 皮其强度和耐气密性都好，根据这个理由应尽量不加工或少加工（加工深度应最 小）。 过共晶铝硅合金 GD-AlSi17Cu4 由于有初晶硅析出，具有良好的耐磨性，但 压铸时，铸件表层细晶粒致密层，系贫初晶硅区，（通常在深度 0.4mm 以下才出 现初晶硅），为了获得耐磨性，应将表层除去，一般为 0.5mm。贫初晶硅区当凝 固对着热模壁进行，会变薄，所以有时在一些区域如气缸的芯子用较高的模温。 5、总结： 压铸铝合金有一些冶金方面的区别，在压铸件设计，压铸模设计时需加注 意。 （1） 宽结晶范围并具有像 GD-AlMg8 那样形状的冷却曲线的合金，最好做 一些简单而小的零件，一般模具温度要高，铸件留模时间短，推出温度高。 （2） 等温结晶分数大的合金如 GD-AlSi12Cu，GD-AlSi11Cu4 需要较短的 充型时间和短的增压建压时间。 （3） 高硅铝合金的结晶潜热大，流动性好，模具排气槽和滑动零部间隙 要小。 （4） 潜热大的合金，需注意模具冷却，周期性冷却可降低总的循环时间 和延长模具寿命，模具的薄弱部分最好做成镶块，以便更换。 （5） 过共晶铝硅合金 GD-AlSi17Cu4 铸件要求耐磨的表面，要除铸皮才能 呈现富初晶硅的耐磨表面，因此铸件需加工处余量要较普通合金铸件稍大（一般 为 0.5mm）。
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