摘要: 對(duì) Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce ?汽車新型壓鑄零部件試樣進(jìn)行了壓鑄成型，并進(jìn)行了力學(xué)性能和耐腐蝕性能的測(cè)試和分析。結(jié)果表明: ?隨澆注溫度的升高和壓射速度的加快，試樣的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度先增大后減小，腐蝕電位正移后逐漸負(fù)移，伸長(zhǎng)率變化幅度較小，力學(xué)性能和耐腐蝕性能均先提升后下降; ?與 620 ℃澆注溫度壓鑄時(shí)相比，650 ℃澆注溫度下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度分別增大了 13. 08%、23. 78%，斷后伸長(zhǎng)率減小了 ?1%，腐蝕電位正移了 43 mV; 與 1 m/s 壓射速度壓鑄時(shí)相比，3 m/s 壓鑄下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度分別增大了 11. 20%、16. ?45%，斷后伸長(zhǎng)率減小了 0. 8%，腐蝕電位正移了31 mV。Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件的壓鑄工藝參數(shù)優(yōu)選為: ?650 ℃始鍛溫度、3 m/s 壓射速度。

前言

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，人們的生活和出行越來越離不開汽車，對(duì)汽車的質(zhì)量、性能、經(jīng)濟(jì)性、使用壽命等有了更高的要求。同時(shí)基于節(jié)能減排、降耗、輕量化等全新發(fā)展理念的影響，汽車用材料更趨于輕質(zhì)、高性能、環(huán)保，鋁、鎂合金等輕質(zhì)金屬得到了更多的研究和應(yīng)用[1]。而汽車零部件種類繁多，形狀復(fù)雜，如缸體、變速箱、缸蓋、輪轂等，多為大型、復(fù)雜薄壁件，因而在生產(chǎn)工藝上，逐漸轉(zhuǎn)向壓鑄，汽車用壓鑄零部件受到行業(yè)內(nèi)更多的關(guān)注和應(yīng)用[2-4]。雖然壓鑄工藝優(yōu)于普通的鑄造技術(shù)，表面更光滑，壁更薄，精度、強(qiáng)度更高，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，能極大地節(jié)省原材料，但是壓鑄工藝僅適宜流動(dòng)性金屬加工，發(fā)展受到一定的限制，且壓鑄也存在一定的鑄造缺陷，易產(chǎn)生氣孔、氧化雜物等，而且壓鑄所需設(shè)備模具等成本更高，因此適合進(jìn)行大批量生產(chǎn)[5-7]。雖然我國(guó)的壓鑄技術(shù)日趨成熟，極大地提升了汽車零部件的質(zhì)量與性能，但是基于業(yè)界和社會(huì)對(duì)汽車壓鑄零部件性能的高要求，所以還需不斷地研發(fā)和創(chuàng)新壓鑄技術(shù)，促進(jìn)汽車新型壓鑄零部件的發(fā)展更上一個(gè)臺(tái)階[8-10]。

一試驗(yàn)

研究對(duì)象為 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件，Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 合金的原材料選用純度為 99%以上的純鎂錠、鋁錠、鋅錠、鈰粉、細(xì)錳粉，其化學(xué)成分見表 1。

熔煉在坩堝電阻爐內(nèi)進(jìn)行，首先預(yù)熱坩堝，待坩堝呈現(xiàn)暗紅色后將 RJ-2 ?熔劑撒在坩堝底部和四周，分批次加入鎂錠、細(xì)錳粉、鈰粉、鋁錠、鋅錠，待所有成分都熔化后進(jìn)行扒渣、精煉，靜置 10 min 后，將合金液澆入 1 ?250 kN 臥式冷室壓鑄機(jī)的模腔內(nèi)，在 1 250 kN 臥式冷室壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄試驗(yàn)。壓鑄過程中，保持模具預(yù)熱溫度 250 ℃、壓射比壓 ?90 MPa 不變，改變澆注溫度和壓射速度。試樣的壓鑄工藝參數(shù)見表 2。所有壓鑄試樣都未進(jìn)行熱處理。

圖 1 是汽車新型壓鑄零部件鍛件，主要尺寸為: 外徑 88 mm、高度 54 mm、厚度 5 mm、內(nèi)徑 42mm、總長(zhǎng) ?101 mm。Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件的力學(xué)性能在室溫環(huán)境下測(cè)試，儀器選用 Instron8032 ?型電子拉伸試驗(yàn)機(jī)，以 2 mm/min 速度勻速拉伸，記錄強(qiáng)度及斷后伸長(zhǎng)率，斷口形貌用 S-530 ?掃描電鏡進(jìn)行觀察。耐腐蝕性能采用電化學(xué)腐蝕方法進(jìn)行室溫測(cè)試，測(cè)試儀器為 PARSTAT 電化學(xué)三電極體系系統(tǒng)，腐蝕介質(zhì)為 NaCl 溶液，濃度 ?3. 5%，以 0. 4 mV/s 速度進(jìn)行極化曲線測(cè)試，并結(jié)合分析軟件進(jìn)行 Tafel 擬合，記錄電化學(xué)參數(shù) (腐蝕電位)，腐蝕形貌用 ?S-530 掃描電鏡觀察。

二 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2. 1 不同澆注溫度下試樣的力學(xué)性能測(cè)試

Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣于3 m/s ?恒定壓射速度下，經(jīng)不同的澆注溫度制備下的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見圖 2?？梢钥闯? ?澆注溫度越低，強(qiáng)度越小，澆注溫度的升高能夠有效增強(qiáng)試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，斷后伸長(zhǎng)率相對(duì)略有減小。620、635、650、675、700 ?℃澆注溫度下的抗拉強(qiáng)度分別為 237、253、268、257、242 MPa，屈服強(qiáng)度分別為 143、165、177、169、154 ?MPa，斷后伸長(zhǎng)率則分別為 8. 9%、8. 2%、7. 9%、8. 1%、8. 4%。由此可見: 620 ?℃澆注溫度下試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均最小，斷后伸長(zhǎng)率則最大，此時(shí)試樣的力學(xué)性能最差; 650 ?℃澆注溫度壓鑄時(shí)，試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度最大，分別較 620 ℃ 壓鑄時(shí)增大了 13. 08%、23. 78%，斷后伸長(zhǎng)率僅減小了 ?1%，此時(shí)力學(xué)性能最佳。當(dāng)澆注溫度繼續(xù)升高，試樣的強(qiáng)度下降，斷后伸長(zhǎng)率減小，力學(xué)性能又開始下降。

2. 2 不同壓射速度下試樣的力學(xué)性能測(cè)試

Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣于650 ℃恒定澆注溫度下，經(jīng)不同的壓射速度制備下的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見圖 3。

由圖 3 可以看出: ?壓射速度越慢，強(qiáng)度越小，壓射速度的加快能夠有效增強(qiáng)試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，斷后伸長(zhǎng)率相對(duì)略有減小。1、2、3、4、5 ?m/s壓射速度下的抗拉強(qiáng)度分別為 241、255、268、259、244 MPa，屈服強(qiáng)度分別為 ?152、164、177、168、153MPa，斷后伸長(zhǎng)率則分別為 8. 7%、8. 4%、7. 9%、8. 2%、8. 5%。由此可見: 1 ?m/s 壓射速度下試樣的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均最小，斷后伸長(zhǎng)率則最大，此時(shí)試樣的力學(xué)性能最差; 3 m/s ?速度壓鑄時(shí)，試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度最大，分別較 1 m/s 壓鑄時(shí)增大了 11. 20%、16. 45%，斷后伸長(zhǎng)率僅減小了 0. ?8%，此時(shí)力學(xué)性能最佳。當(dāng)壓射速度繼續(xù)增加，試樣的強(qiáng)度下降，斷后伸長(zhǎng)率減小，力學(xué)性能又開始下降。

2. 3 試樣的拉伸斷口形貌

圖4 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣分別經(jīng) 620、650 ℃ ?澆注溫度壓鑄時(shí)的拉伸斷口圖片?？煽闯? 兩種澆注溫度壓鑄時(shí)，試樣的拉伸斷口處均呈現(xiàn)出典型的韌性斷裂特征。620 ?℃壓鑄時(shí)試樣的撕裂棱粗大，韌窩不規(guī)則，具有較差的韌性;650 ?℃壓鑄時(shí)試樣的韌窩顯著減小，形狀較為圓潤(rùn)，分布較規(guī)則、均勻，韌性極大提升，力學(xué)性能最佳。綜合不同澆注溫度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce ?汽車新型壓鑄零部件試樣的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的測(cè)試結(jié)果可以得知，從優(yōu)化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣的力學(xué)性能考慮，優(yōu)選 ?650 ℃澆注溫度。

圖5 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣分別經(jīng) 3 和 5 m/s ?壓射速度壓鑄下的拉伸斷口圖片。可看出: 當(dāng)壓射速度為 3 m/s 時(shí)，試樣的撕裂棱細(xì)小，韌窩也細(xì)小、圓潤(rùn)，韌性好，此時(shí)力學(xué)性能最佳; ?當(dāng)壓射速度加快至 5 m/s，試樣的韌窩及撕裂棱均變粗大了，力學(xué)性能下降。聯(lián)系不同壓射速度下的Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce ?汽車新型壓鑄零部件試樣的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果可知，為優(yōu)化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce汽車新型壓鑄零部件試樣的力學(xué)性能，優(yōu)選 3 m/s ?壓射速度。

2. 4 不同澆注溫度下試樣的耐腐蝕性能

Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣于3 m/s ?恒定壓射速度下，經(jīng)不同的澆注溫度制備下的耐腐蝕性能測(cè)試結(jié)果見圖 6。可以看出: ?澆注溫度的升高能夠使試樣的腐蝕電位顯著正移，耐腐蝕性能得以提升。隨澆注溫度從 620 ℃升高到 650 ?℃，試樣的耐腐蝕性能先提升后下降。620、635、650、675、700 ℃ 澆 注 溫 度 下 的 腐 蝕 電 位 分 別 為 - 0. ?924、-0. 913、-0. 881、- 0. 893、- 0. 908 V。由此可見，620 ?℃澆注溫度下試樣的腐蝕電位最負(fù)，此時(shí)試樣的耐腐蝕性能最差; 650 ℃澆注溫度壓鑄時(shí)，試樣的腐蝕電位最正，較 620 ℃壓鑄時(shí)正移了 43 ?mV，此時(shí)耐腐蝕性能最佳。當(dāng)澆注溫度繼續(xù)升高，試樣的腐蝕電位開始負(fù)移，耐腐蝕性能又開始下降。

2. 5 不同壓射速度下試樣的耐腐蝕性能

Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce汽車新型壓鑄零部件試樣于恒定 650 ℃ ?澆注溫度下，經(jīng)不同的壓射速度制備下的耐腐蝕性能測(cè)試結(jié)果見圖 7?？梢钥闯? ?壓射速度的加快能夠使試樣的腐蝕電位顯著正移，耐腐蝕性能得以提升。隨壓射速度從1 m/s 加快至 5 m/s ?，試樣的腐蝕電位正移后逐漸負(fù)移，1、2、3、4、5 m/s 壓射速度下的腐蝕電位分別為 -0. 912、-0. 906、- 0. 881、- ?0. 892、- 0. 904 V。由此可見，1 m/s 壓射速度壓鑄下試樣的腐蝕電位最負(fù)，此時(shí)試樣的耐腐蝕性能最差; 3 m/s ?壓射速度壓鑄時(shí)，試樣的腐蝕電位最正，較壓射速度 1 m/s 時(shí)正移了 31 ?mV，此時(shí)耐腐蝕性能最佳。當(dāng)壓射速度繼續(xù)增大，試樣的腐蝕電位開始負(fù)移，耐腐蝕性能又開始下降。

2. 6 不同壓鑄工藝下試樣的腐蝕形貌

圖 8 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣分別經(jīng) 620、650 ℃ ?澆注溫度壓鑄時(shí)的腐蝕形貌圖片。可看出: 620 ℃壓鑄時(shí)，試樣的腐蝕坑呈密集團(tuán)狀，坑深度較深，此時(shí)腐蝕程度嚴(yán)重; 650 ?℃壓鑄時(shí)試樣的腐蝕程度大大減輕，僅有少量的腐蝕點(diǎn)出現(xiàn)。聯(lián)系不同澆注溫度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce ?汽車新型壓鑄零部件試樣的腐蝕電位測(cè)試值可以得知，從優(yōu)化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣的耐腐蝕性能考慮，優(yōu)選 650 ?℃澆注溫度。

圖9 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣分別經(jīng) 3 和 5 m/s ?壓射速度壓鑄下的表面腐蝕形貌圖片。從圖 9 可看出: 3 m/s 速度壓射時(shí)，試樣表面腐 蝕點(diǎn)小，且為數(shù)不多，此時(shí)耐腐蝕性能最佳; ?當(dāng)壓射速度加快至 5 m/s，試樣的腐蝕程度加重，出現(xiàn)了較

大形狀的腐蝕坑，耐腐蝕性能下降。聯(lián)系不同壓射速度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣的腐蝕電位測(cè)試值可知，為優(yōu)化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣的耐腐蝕性能，優(yōu)選3 m/s 壓射速度。

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3 結(jié)論

采用不同的澆注溫度和壓射速度對(duì) Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣進(jìn)行了壓鑄成型，并進(jìn)行了力學(xué)性能和耐腐蝕性能的測(cè)試和分析?，F(xiàn)總結(jié)如下:

(1) ?隨澆注溫度的升高和壓射速度的加快，試樣的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度先增大后減小，腐蝕電位正移后逐漸負(fù)移，伸長(zhǎng)率變化幅度較小，力學(xué)性能與耐腐蝕性能均先提升后下降。650 ?℃ 澆注溫度、3 m/s壓射速度下 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce ?汽車新型壓鑄零部件試樣的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度最大，斷后伸長(zhǎng)率最小，腐蝕電位最正，力學(xué)性能和耐腐蝕性能最佳。

(2) 與 620 ℃澆注溫度壓鑄時(shí)相比，650 ℃澆注溫度下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度分別增大了 13. 08%、23. ?78%，斷后伸長(zhǎng)率減小了 1%，腐蝕電位正移了43 mV; 與 1 m/s 壓射速度壓鑄時(shí)相比，3 m/s 壓鑄下的 抗 拉 強(qiáng) 度、屈 服 強(qiáng) ?度 分 別 增 大 了 11. 20%、16. 45%，斷后伸長(zhǎng)率減小了 0. 8%，腐蝕電位正移了31 mV。

(3) 為優(yōu)化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽車新型壓鑄零部件試樣的壓鑄工藝參數(shù)優(yōu)選為: 650 ℃始鍛溫度、3 m/s 壓射速度。