常用压铸铝合金的材质分类

铝的密度仅为铁、铜、锌等合金的1/3左右。 是目前满足轻量化要求的压铸合金材料之一。 此外，铝具有较高的比强度和比刚度，并具有良好的塑性流变性能。 ，具有结晶温度范围窄、线收缩率低、易于成型和切削、机械性能和耐腐蚀性能高等优点，基于以上优点，铝合金已成为高强韧性压铸合金材料之一。 铝合金压铸件在汽车、航空航天等行业具有优良的减重效果。 1980年代以来，汽车工业的快速发展带动了相关产业的发展。 汽车产业的发展主要集中在智能化、轻量化、模块化等方面。

合金成分对铝合金性能的影响压铸铝合金的成分和含量对铸件的力学性能有显着影响。 针对不同铸件的性能要求，应选择不同的压铸工艺和相应的铝合金成分。 目前，压铸铝合金广泛应用于工业领域。 我国、美国、日本常用的有Al-Si二元合金、Al-Mg二元合金、Al-Si-Mg合金、Al-Si-Cu合金等。 铝合金型号及成分如表1所示。一般在传统压铸铝合金中添加的主要合金元素有Si、Fe、Cu等，其中添加Si元素可以增强
铝合金的流动性，Fe元素的加入有利于压铸件的脱模，Cu元素的加入可以增强铸件的强度，各种合金元素的加入使铝合金具有不同的性能和优缺点。

铝硅系列合金

在压铸铝合金中加入Si元素会降低结晶温度范围，共晶含量会增加，并且由于Si元素的结晶潜热大，合金的流动性会增加。 此外，Si元素的体积收缩率几乎为零，线膨胀系数远小于Al。 随着Si元素含量的增加，所形成合金的收缩率降低，减少了气孔收缩和热裂的倾向，抑制了高温脆性。 由于在压铸铝合金中加入了Si元素，具有良好的铸造性能、导热性、耐腐蚀性等优点，从而使Al-Si系列合金在铸造领域得到广泛应用。 传统的Al-Si二元合金系列虽然强度好，但塑性较差，难以满足汽车工业快速发展对更高性能铝合金的要求。

Al-Si系合金的主要缺陷是在铸造过程中，容易产生铸件尺寸不合格、气孔等缺陷。 传统铸造铝合金的显微组织晶粒为枝晶，影响合金的力学性能。 业界将Al-Si合金分为三类：亚共晶Al-Si合金、共晶Al-Si合金和过共晶Al-Si合金，如图1所示。合金中较高的Si含量促进硬质和粗糙的形成初生Si颗粒，提高过共晶Al-Si合金的耐磨性。 同时，初生Si颗粒的存在对合金的力学性能也不利。 影响，例如降低切割性能。

铝镁系合金

铝镁合金具有优良的塑性和耐腐蚀性。 成型铸件的表面质量高。 主要用于汽车耐腐蚀零件和表面质量要求高的压铸件。 镁元素被添加到压铸铝合金中。 由于Mg原子的半径比Al原子的半径大13%，经过固溶处理后，Mg溶解在Al的α相中，造成较大的变形，提高了铝合金的强度。 铝镁合金液表面可形成耐蚀性强的尖晶石膜，可提高合金的耐蚀性，且合金形成黏膜的倾向低，表面质量好铸件高。 但是，Al-Mg合金会产生Mg 2 Si和Al 3 Mg 2 硬脆相，降低合金的延伸率，增加热裂倾向。 冶炼时易氧化或结渣，造成铸造性能差。

铝硅镁系列合金

Al-Si-Mg系合金属于一种特殊的Al-Si系合金。 在Al-Si系合金中，Si元素在Al中的溶解度很小，很难在铝合金中加入更多的Si元素。 因此，在铝合金中加入Si元素的冲击强度较小。 由于不能通过热处理工艺强化，可以考虑在Al-Si系合金中加入Mg元素。 经过热处理工艺后，合金会析出弥散强化相，以提高合金的强度。 例如，ZL114A铝合金是一种Al-Si-Mg合金，少量的Mg可以提高合金的抗拉强度和屈服强度，具有更好的力学性能，并且该合金具有更好的填充能力、耐腐蚀性和更低的热裂纹的倾向。 Al-Si-Mg系列合金是新型压铸铝合金的发展目标，可用于车身
形状复杂、综合力学性能要求高的零件，但成型零件的后续加工要求更高，会增加制造成本。
1.1.4 Al-Si-Cu系合金
Cu元素被添加到Al-Si-Cu系列合金中。 Cu元素在常温下在α-Al固溶体中的溶解度较小，但在高温下溶解度较大，使Cu元素可以溶解在合金中的铝基体中或形成颗粒状复合强化相（主要是AlCu和Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 相）提高了合金的抗蠕变性和合金的强硬度。 在Al-Si-Cu系合金中加入Cu元素，可以提高铝合金的力学性能、铸造性能和切削加工性
可以，但Al元素与Cu元素的化学势差较大，容易造成合金的耐蚀性变差，热裂倾向较高。 在Al-Si-Cu压铸合金中，Cu含量一般控制在1%~5%。 A383合金是在美国传统A380合金的基础上改进的压铸铝合金。 Si含量比A380更接近共晶，提高了合金的流动性。 其Cu元素含量较少，在压铸过程中存在一定程度的热裂。 趋于形成热裂纹路径。

其他元素在铝合金中的作用

Fe元素是一种对压铸铝合金影响很大的杂质元素。 Fe元素易与铝合金中的Al、Si、Mg等元素反应生成Al 3 Fe、Al 9 Fe 2 Si 2 、Al 8 Mg 3 FeSi 6 等相，均为硬脆相，易发生易产生裂纹，且易在相位置积聚杂质气体，降低合金的力学性能。 采用压铸工艺在一定程度上减少针状富铁相的析出，从而减少对基体的不利影响。 此外，高含量的Fe元素会降低铝合金的耐蚀性和流动性，增加热裂倾向和
有缩孔的倾向。

Zn元素在α-Al基体中的溶解性好，能形成固溶体，强化合金的力学性能，提高其流动性，提高合金的机械加工性能。 但与Cu元素类似，由于合金中Zn元素与Al之间的化学势差较大，压铸铝合金的耐蚀性较差，Zn元素在合金中的体积收缩率降低。合金高达4.7%，这使得压铸铝合金有更高的收缩倾向。
稀土元素常被添加到压铸铝合金中。 稀土元素的原子半径大于铝元素的原子半径。 Al元素的晶体结构为面心立方晶格，稀土元素为密排六方晶格。 因此，铝合金中含有稀土元素。 溶解度小，不易形成固溶体。 稀土元素在铝合金中的加入会集中在固液界面前，造成成分的过度冷却，可以提高铝合金的力学性能。 稀土元素在铝合金冶炼时比较活泼，容易填充。

合金相产生的缺陷降低了两相之间的表面张力，在合金晶粒表面形成活性层，阻止晶粒长大。 对于合金中的Fe等杂质，稀土元素可以与其反应，净化铝液，改善富Fe杂质相。

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