鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度為1.75～1.90 g/cm3，其比強度高于鋁合金和鋼，略低于比強度最高的纖維增強塑料；其機加工性能優(yōu)良，易加工且加工成本低，加工能量僅為鋁合金的70%；其耐腐蝕性比低碳鋼好得多，已超過壓鑄鋁合金A380；其減振性、電磁屏蔽性遠優(yōu)于鋁合金。另外，鎂合金的低密度、低熔點、低動力學(xué)黏度低比熱容、低相變潛熱以及與鐵的親和力小等特點，使其具有熔化耗能少、充型速度快、凝固速度快、實際壓鑄周期短、模具使用壽命長等優(yōu)勢，極適合于采用現(xiàn)代壓鑄技術(shù)進行成形加工，直接制備出薄壁和復(fù)雜形狀的零部件。而且鎂合金壓鑄件的性能優(yōu)良，在常規(guī)使用條件下替代鋼、鋁合金、塑料等制件的效果非常好。在實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化的同時，還使產(chǎn)品具有優(yōu)良的特殊功能，并且在鎂合金壓鑄件報廢后，還可以直接回收再利用，符合環(huán)保要求。AZ91D是一種室溫下具有良好的塑韌性且具有一定強度和優(yōu)良耐蝕性的壓鑄鎂合金。

1實驗方法

1.1 實驗材料

實驗采用的鎂合金為AZ91D，其熔化起始溫度為468℃，熔化結(jié)束溫度為596℃，固液相線溫度區(qū)間為165℃。

1.2 試樣的制備

在德國富來DAK 450—54型全自動冷式壓鑄機上壓鑄出Φ10mm的拉伸試棒與截面為6mm×6mm的沖擊試樣，其幾何尺寸圖1～3所示：單位（mm）

1.3 力學(xué)性能實驗及金相觀察

將Ф10mm拉伸試棒在島津萬能材料實驗機上測其抗拉強度及延伸率；把6mm×6mm的無缺口沖擊試樣放在示波沖擊試驗機（型號為：CIEM-30D-CPC）上測合金的沖擊韌性；利用HBE-3000型電子布氏硬度計測合金布氏硬度；從Φ10mm試樣兩端取樣，并將其制成金相試樣，試樣腐蝕溶液為2%的草酸溶液。在MeF3金相顯微鏡上觀察壓鑄合金AZ91D的顯微組織并制作其金相照片。

2實驗結(jié)果及分析

2.1 澆注溫度對壓鑄鎂合金AZ91D力學(xué)性能的影響

在澆注溫度在660～685℃時，隨著澆注溫度的升高，AZ91D合金的抗拉強度和延伸率均升高；但明顯澆注溫度對延伸率的影響程度大；澆注溫度高于685℃以后，隨著澆注溫度的升高，抗拉強度和延伸率都降低。在澆注溫度為700℃時的延伸率值異常，但延伸率總的趨勢是下降的。在澆注溫度在660～680℃時，隨著澆注溫度的升高，壓鑄合金AZ91D的沖擊韌性和硬度均小幅度升高；澆注溫度在680～700℃時，隨著溫度的升高，其沖擊韌性和硬度提升幅度較大；澆注溫度高于700℃以后，隨著溫度的升高，其硬度急劇下降；而沖擊韌性在700～710℃時達到其峰值，隨著溫度的繼續(xù)升高，其沖擊韌性極可能降低。

綜合各個因素的影響，當(dāng)壓射比壓為70MPa，壓射速度為3.0m/s，鑄型溫度為200 ℃時，澆注溫度對AZ91D 合金力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)澆注溫度為685 ℃時，壓鑄試樣力學(xué)性能最佳，抗拉強度可達263MPa ，伸長率達225 %；澆注溫度過低不利于充型，易產(chǎn)生冷隔、充型不滿等缺陷； 澆注溫度過高則易產(chǎn)生飛濺、毛刺及在壓鑄件內(nèi)形成嚴重的縮孔、疏松缺陷，降低壓鑄件的力學(xué)性能，并加重對壓鑄型的熱沖擊。所以澆注溫度為685 ℃較適宜。

2.2 鑄型溫度對壓鑄鎂合金力學(xué)性能的影響

在其它工藝參數(shù)一定時，鑄型溫度對壓鑄鎂合金AZ91D的各項力學(xué)性能的影響。由圖可知，壓鑄鎂合金AZ91D的抗拉強度和硬度都是先隨著鑄型溫度的升高而升高，當(dāng)鑄型溫度超過200℃時，又隨鑄型溫度的升高而降低，但是明顯抗拉強度曲線比硬度曲線變化劇烈。抗拉強度和硬度達到最大值時的鑄型溫度分別為200℃和197℃。合金的延伸率雖然隨著鑄型溫度的升高降低，但可以看出在180～210℃的范圍內(nèi)，其延伸率數(shù)值變化不大，這說明鑄型溫度對合金延伸率的影響較小。在圖9中，合金的沖擊韌性在180～190℃范圍內(nèi)，變化很小，隨后，合金的沖擊韌性隨溫度的升高而升高，200～210℃時，其值又比較穩(wěn)定。

綜上所述，壓鑄型溫度對AZ91D 合金力學(xué)性能的影響規(guī)律與澆注溫度基本相同。型溫過低會使冷速過快，導(dǎo)致壓鑄件表面快速形成硬殼，不利于充型和凝固補縮易形成冷隔; 型溫過高則易造成粘型拉傷。試驗及分析表明: 壓鑄溫度工藝參數(shù)對AZ91D 合金壓鑄態(tài)力學(xué)性能的影響由強到弱依次是澆注溫度，鑄型溫度； 當(dāng)壓鑄工藝參數(shù)(壓射比壓70MPa ，壓射速度3.0m/s，鑄型溫度200℃，澆注溫度685 ℃) 適宜時，壓鑄AZ91D 合金力學(xué)性能可穩(wěn)定地達到σb =263MPa ，δ5 = 225 %。

2.3 壓鑄鎂合金AZ91D顯微組織分析

由Mg―Al 二元相圖可知，在平衡狀態(tài)下，AZ91D 由α相(Mg——Al 固溶體) 及金屬間化合物相 (β-Mg17Al12) 組成。在AZ91D合金壓鑄態(tài)組織中，狹長形的β-Mg17Al12以不連續(xù)的網(wǎng)狀分布在初生α-Mg固溶體的基體上，而Mn-Al相則彌散分布在α相基體上。在共晶體的周圍出現(xiàn)呈片狀的二次β-Mg17Al12析出相，二次β-Mg17Al12通常優(yōu)先從α相晶界析出，有時也從晶粒內(nèi)缺陷部位析出，由于固態(tài)下原子的擴散能力小，析出的相不易長大，一般比較小。

當(dāng)壓射比壓為70MPa，壓射速度為3.0m/s，模具溫度為200℃時，不同的澆注溫度下壓鑄AZ91D合金的顯微組織，晶粒大小有很明顯的變化，澆注溫度為685℃時，晶粒最細，而溫度為660℃和718℃時，晶粒明顯比685℃時大。

當(dāng)壓射比壓為70MPa，壓射速度為3.0m/s，澆注溫度為685℃時，不同的鑄型溫度下壓鑄AZ91D合金的顯微組織可以看到，在200℃時組織晶粒細小且致密，而在鑄型溫度為190℃時的組織晶粒大小不均，細小晶粒分布在鑄件的表層，粗大晶粒分布在鑄件內(nèi)部。在壓鑄條件下，較快的冷卻速度導(dǎo)致壓鑄件表面層組織十分細小，而在中心部位則形成粗大的枝晶相。分析認為，表面硬化層對鑄件力學(xué)性能起重要作用，其表面層硬度明顯高于心部硬度鑄型溫度過高將導(dǎo)致表面硬化層減薄且心部組織粗大[8]。

3．結(jié)論

A．在溫度對AZ91D合金組織性能的影響的因素中，影響最顯著的是澆注溫度，其次鑄型溫度； 在適宜的壓鑄工藝參數(shù)( 壓射比壓70MPa ，鑄型溫度200 ℃，澆注溫度685 ℃) 下，壓鑄AZ91D 合金的力學(xué)性能可穩(wěn)定地達到σb = 263MPa ，δ5 = 225 %。

B．在嚴格控制鎂合金冶金質(zhì)量并在其他條件一定時，壓鑄鎂合金AZ91D適宜的澆注溫度為685℃；其適宜的鑄型溫度為200℃。