铸造铝合金的性能定性分析

铸造铝合金的性能定性分析第一节、铸造Al-Si合金的性能第二节、铸造Al-Cu合金性能一，物理性能部分铸造铝合金物理性能如下表所示合金代号密度ρ/g·cm-3熔化温度范围/℃20～100℃时平均线膨胀系数α/μm·(m·K)-1100℃时比热容с/J·(kg·K)-125℃时热导率λ/W·(m·K)-120℃时电导率κ(%IACS)20℃时电阻率ρ/nΩ·m铝合金性能性能特点(物理、化学、力学和工艺性能)ZAlSi7Mg （ZL101）是Al-Si-Mg系铸造铝合金，可热处理强化，具有自然时效能力，强度较高，塑性较好。

该合金的铸造性能优良，流动性好，线收缩小，热裂倾向低，气密性高，但稍有产生气孔和缩孔的倾向。

耐腐蚀性高，焊接性能好，切削加工性一般。

ZAlSi12 （ZL102）是Al-Si系共晶型铸造铝合金，不可热处理强化。

该合金的铸造性能优良，无热裂及疏松倾向，气密性较高。

密度小，耐腐蚀性好，可在受大气，海水腐蚀的环境中使用，可承受工业气氛的环境中的浓硝、过氧化氢等得腐蚀作用；焊接性能好。

但该合金的力学性能低，耐热性和切削加工性差。

ZAlSi9Mg （ZL104）为Al-Si系铸造铝合金，可热处理强化，其强度高于ZL101,ZL102等合金。

该合金的铸造性能好，无热裂倾向，气密性高，线收缩小；形成针孔的倾向较大，熔炼工艺复杂。

耐腐蚀性好，切削加工性能和焊接性能一般。

ZAlSi5Cu 1Mg（ZL105）为Al-Si-Cu-Mg系铸造铝合金，经热处理强化后具有较高强度，其高温力学性能优于ZL101和ZL104等铸造铝合金。

优于合金中铜的存在，塑性和耐腐蚀性降低。

该合金具有良好的铸造性能和较高的气密性，切削加工性和焊接性均良好，耐腐蚀性一般。

ZAlSi7Cu 4（ZL107）为Al-Si-Cu系铸造铝合金，可热处理强化。

其力学性能优于ZL104等铸造铝合金，但其铸造工艺性能，如流动性及形成热裂倾向，却比ZL102,ZL104要差。

该合金的气密性，焊接性和切削加工性好，但耐腐蚀性不高，需变质处理。

ZAlSi9Cu 2Mg（ZL111）为Al-Si-Cu-Mg系铸造铝合金，可热处理强化，在铸态及热处理后具有优良的室温力学性能，其高温力学性能也很高。

该合金的铸造性能优良，无热裂倾向，线收缩小，气密性高，其加工性能和焊接性能好，但耐腐蚀性差。

Y AlSi9Cu 4（YL112）为Al-Si-Cu系铸造铝合金，具有优良的室温力学性能，高温力学性能业很好。

铸造想=性能优良，由于硅含量高，其流动性和抗热裂性均很好。

压铸的特点是生产率高，铸件精度高。

ZL10 1 2.66 577～62023.0 879 151 36 45.7ZL10 1A 2.68 557～61321.4 963 150 36 44.2ZL10 2 2.65 577～60021.1 837 155 40 54.8ZL10 4 2.65 569～60121.7 753 147 37 46.8ZL10 5 2.68 570～62723.0 837 159 36 46.2ZL1062.73 —21.4 963 100.5 ——ZL1082.68 ———117.2 ——ZL1092.68 —19 963 117.2 29 59.4ZL1112.69 —18.9 ————ZL20 1 2.78 547.5～65019.5 837 113 —59.5ZL20 1A 2.83 547.5～65022.6 833 105 —52.2Zl2022.91 —22.0 963 134 34 52.2 ZL2032.80 —23.0 837 154 35 43.3ZL20 4A 2.81 544～65022.03 ————ZL20 5A 2.82 544～63321.9 888 113 ——Zl20 6 2.90 542～63120.6 —155 —64.5ZL20 7 2.83 603～63723.6 —96.3 —53Zl20 8 2.77 545～64222.5 —155 —46.5ZL3012.55 —24.5 1047 92.1 21 91.2ZL30 3 2.60 550～65020.0 962 125 29 64.3ZL40 1 2.95 545～57524.0 879 ———ZL4022.81 —24.7 963 138.2 35 —二，力学性能合金成分对力学性能的影响硅(Si)是改善流动性能的主要成份。

从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。

但结晶析出的硅(Si)易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。

另外，硅(Si)可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低。

在铝合金中固溶进铜(Cu)，机械性能可以提高，切削性变好。

不过，耐蚀性降低，容易发生热间裂痕。

作为杂质的铜(Cu)也是这样。

镁(Mg) 铝镁合金的耐蚀性最好，因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金，它的凝固范围很大，所以有热脆性，铸件易产生裂纹，难以铸造。

作为杂质的镁(Mg)，在AL-Cu-Si这种材料中，Mg2Si会使铸件变脆，所以一般标准在0.3%以内。

铁(Fe) 质的铁(Fe)会生成FeAl3的针状结晶，由于压铸是急冷，所以析出的晶体很细，不能说是有害成份。

含量低于0.7 %则有不易脱模的现象，所以含铁(Fe)0.8 ~ 1.0 %反而好压铸。

含有大量的铁(Fe)，会生成金属化合物，形成硬点。

并且含铁(Fe)量过1.2 %时，降低合金流动性，损害铸件的品质，缩短压铸设备中金属组件的寿命。

镍(Ni) 和铜(Cu)一样，有增加抗拉强度和硬度的倾向，对耐蚀性影响很大。

想要改善高温强度耐热性，有时就加入镍(Ni)，但在耐蚀性及热导性方面有降低的影响。

锌(Zn) 若含有杂质锌(Zn)，高温脆性大，但与汞(Hg)形成强化HgZn2对合金产生明显强度作用。

JIS中规定在1.0%以内，但外国标准有到3%的，这里所讲的当然不是合金成份的锌(Zn)，而是以杂质锌(Zn)的角色来说，它有使铸件产生裂纹的倾向。

铬(Cr) 铬(Cr)在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。

但会增加淬火敏感性。

钛(Ti) 在合金中只需微量可使机械性能提高，但导电率却下降。

Al-Ti系合金产生包晶反应时，钛(Ti)的临界含量约为0.15%，如有硼存在可以减少。

其他元素的影响在铝合金中有时还存在钙(Ca)，铅(Pb)，锡(Sn)等杂质元素。

这些元素由于熔点高低不一，结构不同，与铝(Al)形成的化合物亦不相同，因而对铝合金性能的影响各不一样。

钙(Ca)在铝中固溶度极低，与铝(Al)形成CaAl4化合物，钙(Ca)能改善铝合金切削性能。

铅(Pb)，锡(Sn)是低熔点金属，它们在铝(Al)中固溶度不大，降低合金强度，但能改善切削性能。

铸造工艺对力学性能的影响铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。

流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。

铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。

1 流动性流动性是指合金液体充填铸型的能力。

流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。

在铝合金中共晶合金的流动性最好。

2 收缩性收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。

一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。

合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。

通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。

3 热裂性铝铸件热裂纹的产生，主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。

裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有的则穿透整个铸件的端面。

4 气密性铸铝合金气密性是指腔体型铝铸件在高压气体或液体的作用下不渗漏程度，气密性实际上表征了铸件内部组织致密与纯净的程度。

铸铝合金的气密性与合金的性质有关，合金凝固范围越小，产生疏松倾向也越小，同时产生析出性气孔越小，则合金的气密性就越高。

同一种铸铝合金的气密性好坏，还与铸造工艺有关，如降低铸铝合金浇注温度、放置冷铁以加快冷却速度以及在压力下凝固结晶等，均可使铝铸件的气密性提高。

也可用浸渗法堵塞泄露空隙来提高铸件的气密性。

5 铸造应力铸造应力包括热应力、相变应力及收缩应力三种。

①热应力热应力是由于铸件不同的几何形状相交处断面厚薄不均，冷却不一致引起的。

在薄壁处形成压应力，导致在铸件中残留应力。

②相变应力相变应力是由于某些铸铝合金在凝固后冷却过程中产生相变，随之带来体积尺寸变化。

主要是铝铸件壁厚不均，不同部位在不同时间内发生相变所致。

③收缩应力铝铸件收缩时受到铸型、型芯的阻碍而产生拉应力所致。

这种应力是暂时的，铝铸件开箱是会自动消失。

但开箱时间不当，则常常会造成热裂纹，特别是金属型浇注的铝合金往往在这种应力作用下容易产生热裂纹。

铸铝合金件中的残留应力降低了合金的力学性能，影响铸件的加工精度。

铝铸件中的残留应力可通过退火处理消除。

合金因导热性好，冷却过程中无相变，只要铸件结构设计合理，铝铸件的残留应力一般较小。

6 吸气性铝合金易吸收气体，是铸造铝合金的主要特性。

液态铝及铝合金的组分与炉料、有机物燃烧产物及铸型等所含水分发生反应而产生的氢气被铝液体吸收所致。

铝合金熔液温度越高，吸收的氢也越多。

三、工艺性能铝铜合金属于固溶体型合金，凝固范围宽，铸造性能差，流动性抗热性及气密性差，其定性说明如下所示。

合金代号合适的铸造方法抗热烈性气密性流动性疏松倾向S JZL201 适合不适合中中中中ZL201A 适合不适合中中中中ZL202 适合适合良良良良ZL203 适合不适合中中中中ZL204A 适合不适合中中中中ZL205A 适合不适合中中中中ZL206 适合适合中中中中ZL207 适合适合良良良良ZL208 适合适合中中中中ZL209 适合不适合中中中中201.0 适合不适合中中中中206.0 适合不适合中中中中第三节、铸造Al-Mg合金的性能ZAlMg10 (ZL301) 为Al-Mg系铸造铝合金，可热处理强化。

经淬火后，合金的综合力学性能良好，不仅强度高，而且塑性和韧性好。

该合金具有优良的耐腐蚀性，是目前铸造铝合金中耐腐蚀性最好的品种。

在长期的使用中存在自然时效，表现出塑性降低，并有应力腐蚀倾向。