當(dāng)前鋁合金壓鑄技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多的受力零件采用了鋁合金壓鑄生產(chǎn)，因此大多數(shù)需方都對鋁合金壓鑄件提出了抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能的要求。作為供方要提供優(yōu)質(zhì)，可靠的產(chǎn)品則必需準(zhǔn)確地把握住影響（或說左右）這個(gè)質(zhì)量指標(biāo)的因素。才能以合理的生產(chǎn)成本完成合同的各項(xiàng)要求。并在不斷積累的基礎(chǔ)上逐步提高產(chǎn)品的檔次，不斷開發(fā)出新的產(chǎn)品。但目前有些企業(yè)的生產(chǎn)還帶有一定的盲目性，甚至有的因?yàn)?span style="COLOR: black">這個(gè)質(zhì)量指標(biāo)不合格發(fā)生批量性報(bào)廢，使生產(chǎn)陷于被動(dòng)。
市場上五花八門的鋁合金壓鑄件除了合金種類不一樣以外，其大小、復(fù)雜程度和壁厚的均勻度也千差萬別，但涉及鋁合金壓鑄件力學(xué)性能的主要因素都不外乎設(shè)備（鋁合金壓鑄機(jī)），模具，和工藝參數(shù)。因筆者在以往的文章里曾對上述因素有所探討，而且逐一地剖析每個(gè)鋁合金壓鑄件既不可能也不必要，所以本文僅就力學(xué)性能試棒（特定鋁合金壓鑄件）作一些粗淺分析。
圖一是一模四腔，兩根扁形，兩根圓形的試棒。某試驗(yàn)曾用40組工藝參數(shù)鋁合金壓鑄了合金YZALSI12的試棒。從扁形、圓形試棒（各1200根）的抗拉強(qiáng)度和伸長率值，以及試棒斷口的結(jié)晶組織照片，我們看出：
一．扁試棒的抗拉強(qiáng)度大部份高于圓試棒的抗拉強(qiáng)度。
40組中有代表性的4組試棒的抗拉強(qiáng)度如表一所示。
除少數(shù)情況外，同一工藝參數(shù)下大多數(shù)扁試棒的抗拉強(qiáng)度都略高于圓試棒的，因此建議通常情況下以采用扁試棒為宜。（某些大型鋁合金壓鑄件要求以試棒的力學(xué)性能作為產(chǎn)品交付依據(jù)。）
二．調(diào)整工藝參數(shù)可以改變力學(xué)性能。
表一所列的290.9MPa和210.8MPa都是合金YZALSI12的抗拉強(qiáng)度。上下差了80MPa,如此之多，只是因?yàn)檫x用了兩組不同的工藝參數(shù)。
獲得高抗拉強(qiáng)度的第36組工藝參數(shù)：壓射比壓=100MPa, 模具溫度=140℃,合金溫度=720℃, 內(nèi)澆口厚度=2.5mm,充型速度為22.8米 / 秒（其他從略）。這一組參數(shù)中的模具溫度低，合金溫度高（二者之間溫差約 580。℃）又用了高的壓射比壓，形成了良好的激冷條件，加之內(nèi)澆口厚，澆口處溫度較高，導(dǎo)致該處合金凝固較晚，有利于實(shí)現(xiàn)充分的二次充型（或稱為補(bǔ)壓）。也就是在鋁合金壓鑄件凝固前能繼續(xù)進(jìn)行排渣，補(bǔ)縮，把氣孔壓縮等等。同時(shí)高的壓射比壓在補(bǔ)壓過程中緩慢地?cái)D壓合金，使正在冷凝的合金內(nèi)部結(jié)晶產(chǎn)生滑移，細(xì)化了組織，所以提高了抗拉強(qiáng)度和伸長率。
而第6組工藝參數(shù)：模具溫度=263℃。合金溫度=640℃，二者之間溫差小，激冷效果欠佳。加上內(nèi)澆口厚度=1.15mm。（其他從略），不能充分地進(jìn)行二次充型，所以抗拉強(qiáng)度低。
由此可見，同一種材料，同一個(gè)鋁合金壓鑄件，只要選好工藝參數(shù)就能最大限度地發(fā)揮材料的性能，獲得理想的力學(xué)性能。
三．結(jié)晶組織和激冷層對力學(xué)性能的影響。
基于鋁合金壓鑄的工藝特點(diǎn),高壓射比壓能使合金液和鋁合金壓鑄模表面貼合得十分緊密。無論采用哪組工藝參數(shù)在鋁合金壓鑄件表面都形成了比其中心部份組織緻密的激冷層。圖二是試棒斷口處的金相照片。
A1 第36組試棒斷口中心的金相照片 A2 第36組試棒斷口激冷層的金相照片
B1 第6組試棒斷口中心的金相照片 B2 第6組試棒斷口激冷層的金相照片
A1，A2是高抗拉強(qiáng)度 (290.5 MPa ) 試棒斷口的金相照片。A1——，中心部份的樹枝狀結(jié)晶比較細(xì)。A2——，邊緣的激冷層比較厚且緻密。
B1，B2是低抗拉強(qiáng)度(209.8 MPa )試棒斷口的金相照片。B1——中心部份的樹枝狀結(jié)晶比較粗大。，B2——邊緣的激冷層比較薄，緻密度低于第36組的。
從兩組金相照片中看到：中心部份的結(jié)晶組織對強(qiáng)度的影響較大。筆者還曾參與測定過400根從不同鋁合金壓鑄件上切取的試棒的力學(xué)性能，測出凡壁厚大于六毫米的鋁合金壓鑄件的抗拉強(qiáng)度都比較低。這也說明鋁合金壓鑄件中心部份的結(jié)晶組織對強(qiáng)度的影響較大。
緻密的激冷層的確是鋁合金壓鑄工藝賦予鋁合金壓鑄件的一大長處。但激冷層在整個(gè)斷口上所佔(zhàn)的面積有限，（根據(jù)對大量鋁合金壓鑄件和上述試棒的觀測）當(dāng)鋁合金壓鑄件壁厚為二到三毫米時(shí)。表面的激冷層厚度（兩側(cè)之和）也只占鋁合金壓鑄件壁厚的十分之一到二。所以它對抗拉強(qiáng)度的影響較小。實(shí)踐證明忽略或夸大激冷層的作用都是片面的。
激冷層可以解釋相同條件下，兩種形狀試棒性能不相同的現(xiàn)象。經(jīng)測定扁試棒的斷口表面周長和斷口面積之比為0.866,比圓試棒的0.666大，也即扁試棒激冷層在斷口面積中所佔(zhàn)比例大。所以同一工藝參數(shù)下大多數(shù)扁試棒的抗拉強(qiáng)度都略高于圓試棒的。
四．常見的冶金缺陷嚴(yán)重影響力學(xué)性能。
在兩千多根試棒的斷口中，出現(xiàn)的冶金缺陷主要是氧化皮，夾渣，冷隔，氣孔和縮孔（即本文指的常見冶金缺陷）。
1．氧化皮和夾渣：當(dāng)它們出現(xiàn)在試棒斷口的邊緣時(shí)影響最為嚴(yán)重，理由不完全是破壞了激冷層，更大程度上是它起了撕裂口的作用。例如某扁試棒邊緣有1×3 mm2的氧化皮，僅佔(zhàn)斷口面積或表面激冷層長度的百分之十左右。按其在試棒斷口上所佔(zhàn)的面積計(jì)算。抗拉強(qiáng)度不應(yīng)當(dāng)降低太多，事實(shí)上卻是下降了百分之二十三。試驗(yàn)中夾渣也造成了類似的結(jié)果。
為了消除氧化皮和夾渣（1）一定要十分認(rèn)真地進(jìn)行合金液的精煉和除渣工作；（2）舀取合金液和澆注時(shí)，盡量防止把氧化皮倒入壓室。盡力保持保溫爐內(nèi)合金液面的完整，防止合金液氧化；（3）及時(shí)清理掉壓室和型腔內(nèi)有機(jī)涂料的沉積物和積炭。
2．冷隔：鋁合金很活潑，當(dāng)工藝參數(shù)或人工操作不適當(dāng)時(shí)，鋁合金液很容易氧化，熔點(diǎn)高于鋁合金的氧化鋁在鋁合金壓鑄件里形成冷隔，破壞了鋁合金壓鑄件的內(nèi)部組織，如果冷隔是穿透性的，則破壞了鋁合金壓鑄件結(jié)構(gòu)的完整性，因此對力學(xué)性能的影響最大。
3．氣孔：鋁合金壓鑄件內(nèi)的氣孔孔壁一般比較光滑平整，氣孔大多數(shù)都在鋁合金壓鑄件的內(nèi)部，只要不在表皮附近，且其直徑1毫米左右，或與邊緣距離大于1毫米。它對抗拉強(qiáng)度的影晌就不大。但氣孔是因高壓留在鑄件內(nèi)部的。所以一經(jīng)受熱就會膨脹。影響更為嚴(yán)重。
鋁合金壓鑄工藝的快速充型，使型腔中的氣體很難排凈。所以具有拋物線壓射系統(tǒng)的鋁合金壓鑄機(jī)倍受歡迎，因?yàn)檫@種鋁合金壓鑄機(jī)能減少從壓室進(jìn)入型腔的氣體量。筆者曾對型腔抽真空達(dá)到2.67 kPa（一個(gè)大氣壓是100kPa），所壓出的鋁合金壓鑄件仍有極少量的氣孔。實(shí)踐證明完全避免鋁合金壓鑄件氣孔是不可能的。只有通過精心設(shè)計(jì)的澆，排系統(tǒng)，把握好合金液的流態(tài)等等才可以有針對性地消除重要部位的氣孔。
4．縮孔：為得到高的充型速度滿足成形的要求，鋁合金壓鑄件的內(nèi)澆口較薄（相對于其他鑄造而言）。 在冷凝過程中，因內(nèi)澆口先於鑄件凝固，鋁合金壓鑄件的某些結(jié)構(gòu)或厚壁處得不到良好的補(bǔ)縮于是形成縮孔。有縮孔就相當(dāng)于減小了鋁合金壓鑄件的受力面積，無疑大大降低了鋁合金壓鑄件力學(xué)性能。通過協(xié)調(diào)（1）鑄件圖設(shè)計(jì)；（2）鋁合金壓鑄模設(shè)計(jì)；（3）鋁合金壓鑄工藝設(shè)定來解決。尤其是從鋁合金壓鑄工藝上針對縮孔的大小和出現(xiàn)的位置采取措施。一般易于解決。
大量的事實(shí)告訴人們：上述常見冶金缺陷發(fā)生在鋁合金壓鑄件內(nèi)部對力學(xué)性能的影晌比處在表皮附近的影響小。藏而不露的缺陷比暴露的缺陷影響小。所以在設(shè)計(jì)鑄件圖時(shí)，應(yīng)充分利用鋁合金壓鑄具有尺寸精度高，表面光潔度好的這一優(yōu)勢，盡量減少鋁合金壓鑄件的加工余量，盡量把所有型面和孔都鋁合金壓鑄出來。一方面防止皮下缺陷暴露出來，另一方面可節(jié)省機(jī)加工成本。
總之，要得到力學(xué)性能合格的鋁合金壓鑄件，必須選定合理的工藝參數(shù)，并要嚴(yán)格控制它們。而工藝參數(shù)的實(shí)現(xiàn)要靠鋁合金壓鑄機(jī)，鋁合金壓鑄模，和諸多相關(guān)參數(shù)的設(shè)定等等。為此建議：首先努力學(xué)習(xí)相關(guān)的基礎(chǔ)理論，掌握所使用設(shè)備的性能和合金材料的特點(diǎn)，同時(shí)注意積累和分析生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，徹底弄清鋁合金壓鑄件缺陷產(chǎn)生的原因，影響及其消除。讓鋁合金壓鑄生產(chǎn)盡快地走進(jìn)自由王國。
中國模具行業(yè)發(fā)展迅猛，1996年至2004模具產(chǎn)量年平均增長率14%，2003年壓鑄模當(dāng)年產(chǎn)值為38億元。目前，中國國內(nèi)模具對市場的滿足率僅為80%左右，其中以中低檔模具為主，大型、復(fù)雜的精密模具，在生產(chǎn)技術(shù)、模具質(zhì)量和壽命以及生產(chǎn)能力方面均不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。研究及發(fā)展方向汽車、摩托車工業(yè)以及汽車附件的消耗和配套產(chǎn)品的需求，為壓鑄件生產(chǎn)提供了一個(gè)廣闊的市場，壓鑄鋁合金在汽車上的應(yīng)用也將不斷擴(kuò)大。
