3.3.1 铸造镁合金

1.铸造镁合金的分类、特点

· Mg-Al-Zn合金：①工业常用合金——如ZM5（ZMgAl8Zn），含7.5％～9.0％Al，0.2％～0.8％Zn，Mn0.15％～0.5％，余Mg，它强度高，塑性好，铸造性能好；②国内，国外常用AZ91D:含8.3～9.7％Al，0.35～1.0％Zn，≥0.13％Mn，余Mg；AM60A:5.5～6.5％Al，0.22％Zn，③≥0.13％Mn，余Mg。

· Mg-Zn-Zr合金：①为高强度镁合金，致密性好，壁厚效应小，但工艺性较差；添加Zr形成MgZr强化相，强化效果好，细化晶粒，减少结晶范围，与Mg液中氢生成ZrH2化合物，降低氢浓度和缩松倾向、提高合金纯度，与Mg液中Fe生成Zr和Fe的化合物下沉，清除Fe对合金抗蚀性的不利影响；②ZM1（ZMgZn5Zr合金）。

· Mg-RE-Zr合金：为耐热Mg合金，添加RE可提高α固溶体和RE化合物的稳定性，提高耐热性，可在250～300℃下长期工作。

2.镁的特点 比强度高；吸震性能高，适于用作设备机壳类零件；尺寸稳定好，无需退火和去应力处理；便于实现自动化生产和高的模具寿命；良好的铸造性能，镁允许铸件壁厚小至0.6mm；高生产率，与铝相比，镁有更低的单位体积热含量，这意味着它在模具内能更快凝固，一般来说，其生产率比铝压铸高出40～50％，最高时可达到压铸铝的两倍；良好的切削性能，比铝和锌有更好的加工及切削特性；可回收再用，比许多塑性材料更符合环保的要求；高散热性，适合现今设计密集的电子产品；电磁屏蔽性好，适合发出电磁干扰电子产品；其它：良好抗疲劳、低的裂纹倾向，无毒、无磁性等。

3.镁合金的熔铸特点

· 镁的物理化学特性：①固态时在空气中产生反应2Mg+O2＝2MgO，反应产物MgO不致密，不起保护作用；②Mg液与O2剧烈氧化易燃烧（发出白光，>2000℃）；③Mg与水汽反应比与O2反应更剧烈，室温下反应缓慢，高温时剧烈，生成的H2与空气中O2迅速混合反应，化合成水，且迅速汽化引起爆炸，Mg液燃烧加剧，Mg液飞溅：

Mg+H2O＝MgO+H2↑+Q1

Mg+2H2O＝Mg（OH）2+H2↑+Q2

· Mg合金熔炼时必须有效防止合金氧化或燃烧。必须采取相应的保护措施：①用熔剂熔炼；②无溶剂熔炼；③硫磺保护剂或SF6与N2或干燥空气混合气保护熔炼。

· 镁合金的细化（变质）

（4）镁合金的精练：①采用覆盖及精练熔剂；②典型精练工艺（以ZM5合金为例）。 4.镁合金熔炼过程中的安全与保护 3.3.2 铸造锌合金

1.铸造锌合金的分类 第一类为Zn-4％Al合金，主要用于热室压铸机中铸造，早在上世纪六十年代以前就有使用，凝固范围小；第二类是含Al量为8％，12％和27％的近代新开发的合金，它也能重力铸造（金属性、砂型）。

2.合金组织、性能

铸造Zn-Al合金，除含Al4％～27％外，各牌号合金还含0.5％～5％Cu以及极少量（<0.1％）的Mg。

· 含4％Al的铸态组织为β+（β+α）共晶相。（β相为锌基的固溶体，α相为铝基固溶

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体）。

· 合金的老化现象：因合金中杂质元素Pb、Cd、Sn超过标准，集中于晶界，促成晶间电化学腐蚀，致使铸件变脆，铸件变形、膨胀，甚至发生开裂。

· 时效作用：组织中含Al和Cu的富Zn固溶体β相，和含Zn的富Al固溶体α相它们的溶解度随温度的下降而降低。随着时间推移，这种过饱和现象会逐渐消除，致使铸件的形状和尺寸略有变化。

· 合金中添加适量Cu，部分固溶于α、β相，且形成ε相（电子化合物CuZn3为基的固溶体，使强度、硬度、流动性和耐蚀性提高，但促进α相分解，铸件尺寸不稳定，“老化”倾向提高，扩大凝固范围。

· 添加微量的Mg，固溶于α、β相，提高强度，降低共析转变温度，抑制α分解，防止“老化”。若过量加入，则形成金属间化合物，降低伸长率，热裂、冷裂增加，且液面形成MgO，降低流动性。

3.铸造锌合金的熔炼特点 由于熔炼温度低，Zn本身蒸气压大，精炼处理要求比Al合金低，有时可不进行精练；熔炼时使用的坩埚要与熔炼Cu合金的严格分开，因Pb、Sn夹杂严重降低耐蚀性；ZA系列合金易渗Fe，用铁坩埚时应刷涂料；回炉料多或重要铸件，可采取氯盐精炼和静置方法。 3.3.3铸造轴承合金

1.铸造轴承合金的分类和特点

轴承合金是指用作滑动轴承、轴套或轴瓦的金属材料。目前主要是锡基、铅基、铜基和铝基合金。

· 锡基轴承合金：主要为Sn-Sb合金，再添加适量Cu（克服密度偏析），组织为软基体上均匀分布着硬质点。它具较高的减摩性能和很好的表面性能（顺应性、嵌入性）和耐腐蚀，但力学性能较低，适用于汽车、拖拉机等高速轴承。

· 铅基轴承合金：Pb-Sb-Sn合金，添加价格较低的Sb替代部分Sn，其组织与锡基轴承合金类似，也具有较好的塑性、较低的强度。适用于高速、低载荷或静载下工作的中载荷机械设备。

· 铜基轴承合金（ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuSn10P1、ZCuPb30等），其组织是在较硬的Cu基体上分布着相对较软的质点相，具有较高的强度、耐磨性和耐蚀性。不同的牌号可分别适用于中载、中速或高速工况下的汽车、机床等用的轴承。

· 铝基轴承合金：合金密度小，承载能力和疲劳强度高、导热性好并有优良的耐磨性和耐蚀性，适于高速、高载荷下工作的轴承。但其线膨胀系数大，运转过程中容易与轴咬死，且硬度高，易擦伤轴颈。

常用合金有：Al-Pb、Al-Cu、Al-Ni、Al-Si与Al-石墨轴承合金。

2.铸造轴承合金的熔铸特点 巴氏合金（锡基、铅基合金）强度低，一般均浇注在钢壳（钢背）上，其熔铸特点：轴承钢壳清洗与镀锡；合金熔炼时应控制合金杂质含量，防止合金液过热并使成分均匀，宜用预制合金锭重熔，并升温到规定温度后浇注轴瓦；不同浇注方法（重力浇注、离心铸造、双金属钢带连续浇注）的特点和应用；典型熔炼工艺实例。

思考题

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1.铸造镁合金主要有哪几类合金？各有何特点？

2.为防止镁合金熔体燃烧和氧化主要应采取哪些措施？ 3.镁合金铸件生产时如何确保生产安全？

4.常用铸造锌合金有哪几类？其应用范围如何？

5.何谓锌合金“老化”现象？产生的原因是什么？如何防止? 6.简述铸造轴承合金的分类和特点及其应用。

7.分析锡及和铅基轴承合金的组织特征及其对性能的影响。 8.巴氏合金熔炼时如何防止合金液过热？举例说明之。

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第四门课程：

铸造工艺学（教材《铸造工艺学》）

4.1 铸造工艺过程 （P9-47）

培训提纲

4.1.1 造型

1.概述

2.手工造型 特点和应用范围，手工造型方法（整体模造型，两箱分开模造型，挖砂造型，假箱造型，活块造型，多箱造型，劈箱造型，刮板造型，骨架模造型，地坑造型，漏模造型，叠箱造型，脱箱造型，组芯造型，活砂造型）。

3.普通机器造型 紧实度，比压，普通机器造型的紧砂方式：震击式，压实式，震压式，微震压实式，抛砂式，射压式，普通机器造型的起模方式：顶箱式，翻箱式。

4.水平分型高压造型 概述，高压造型的优缺点，水平分型高压造型的工艺过程和特点：水平分型有箱高压造型，水平分型脱箱高压造型。工艺问题：比压，紧砂方式的选择，起模真空现象及其防止，反弹性变形及其防止，出气孔与排气槽，冒口的成型与冷铁的安放。

5.垂直分型无箱高压造型 工艺过程和特点，垂直分型高压造型的工艺问题：对型砂的要求，射砂压力和比压的选择，模板利用率和铸型最低抗压强度之间的关系，模板布置原则和模板高度限制，芯头结构和下芯方法，加强砂型的通气，造型室深度。

6.其他造型方法 ①气体正压造型：气体静压造型，气流冲击造型，燃气爆炸造型。②真空密封造型：工艺过程，真空密封造型的优缺点，工艺设计中应注意的几个问题。③实型铸造，④冷冻造型，⑤切削造型。 4.1.2 制芯

1.概述

2.手工制芯 ①常用手工制芯方法：整体芯盒制芯，分开式芯盒制芯，脱落式芯盒制芯，车板和刮板制芯。②砂芯的烘干支承，③砂芯的检验和预装配。

3.机器制芯 普通机器制芯，螺旋挤压制芯，普通射芯制芯，热芯盒制芯，壳芯盒制芯，冷芯盒制芯，温芯盒制芯。

思考题

1.常用手工与机器造型方法有哪些，各有何特点?

2.水平分型与垂直分型高压造型中应解决哪些工艺问题?

3.型砂的紧实度是什么?比压是什么?根据比压大小，机器造型可分为哪几种? 4.砂芯有何用途、要求及种类?砂芯是由哪些部分组成的，各部分有何作用? 5.常用手工制芯方法有哪些，各自特点和应用范围是怎样的? 6.机器制芯方法有哪些?其工艺过程和特点如何?

4.2 铸件形成原理 （P83-231） 4.2.1液态金属的性质及充型能力

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