镁合金手持工具压铸件热裂纹的研究之一

汪阳

镁合金手持工具压铸件热裂纹的研究之一

     

          摘要：研究了镁合金手持工具压铸件的热裂纹，通过调整压铸工艺参数和改善产品出现裂纹位置壁 厚差来防止热裂纹缺陷，经过生产过程验证解决产品热裂纹。 关键词：镁合金，手持工具，热裂纹

1 前言

        镁合金是实用金属中最轻的金属材料，具有 刚性佳，比强度高，阻尼减震性好，以及防磁、 屏蔽、散热等许多特性，由于其优良的成形性， 可以压铸壁厚为 0.4-10mm 的薄壁铸件[1]，广泛 应用于制造 3C 产品、汽车和手持工具零部件等 领域。由于薄壁铸件容易出现热裂纹，铸件的成 品率不高。造成压铸件热裂纹的原因主要有合金 成分、铸件形状、压铸工艺、凝固收缩量、凝固 温度梯度、不同部位的凝固速度以及诸多因素的 相互影响[2]。以本公司压铸生产的手持工具箱体 出现的热裂纹为例，本文研究了压铸工艺参数和 产品结构对热裂纹的影响，并提出了相应的解决 方法。

2      箱体压铸件及裂纹缺陷

图 1 所示为本公司生产的带浇冒口、溢流槽 的手持工具箱体铸件，由镁合金 AZ91D 压铸成 形，铸件平均壁厚为3mm，产品结构较复杂且不 对称，在生产过程中，裂纹大量存在，经检验发 现裂纹缺陷主要集中在进浇口及进浇口一侧的 耳朵结构根部位置，见图 2，该位置有一定的圆 角，刚好处于进浇口与铸件连接的热节区，裂纹 出现在圆角固定位置，最大深度达 0.3mm，长短 不一致，导致铸件报废。

                 

3 裂纹缺陷金相分析

将产生裂纹的部位切开制作金相试样，并在 显微镜下对裂纹进行观察分析。图 3 为在显微镜 下观察的裂纹金相图。由图3 可见，裂纹处的组 织晶粒明显粗大，裂纹曲折且

不规则，在铸件表 面形成不连续的热裂纹。

4 箱体热裂纹的防止研究

       为了解决热裂纹，提高成品率，主要从压铸 工艺参数和产品结构方面来入手。本公司采用的 是力劲 400T 压铸机进行生产，压铸工艺包括模 具温度，压射速度，留模时间，镁液温度，产品 结构主要从裂纹缺陷位置的产品壁厚均匀性方 面考虑进行修改。

4.1 工艺参数

4.1.1模具温度在连续生产过程中，用红外测温仪随时监测

模具温度，结果表明，模具温度范围在 230-260℃ 之间，裂纹缺陷出现的比例相对较少，约 30%， 一旦生产中途因故停机生产， 模具温度低于 230℃生产时，裂纹缺陷比例迅速增加，直至模 具温度稳定在 230-260℃温度范围后，裂纹缺陷 出现比例才得以缓解。由于压铸模具温度对铸件 形成热裂的影响是综合的，每一模铸件向模具传 递的热量和模具因吸热而升高的温度是确定的， 控制模具温度主要是减少凝固过程中的温度差 [3]。为了解除停机后再生产时裂纹缺陷比例大的 难题，我司采用了连接模温机进行生产，模温机 设定温度为 250℃，但实际生产时裂纹缺陷并未 得到完全解决。

4.1.2镁液温度连续生产时在熔炉温度控制面板上设定的熔室镁液温度是 690℃，镁液温度过低，镁合金 的流动性差，压铸出的产品经过 X 射线探伤发现 内部有较多的气孔和夹渣，而且产品远端位置有 较多的冷隔和花纹。一旦镁液温度高于 700℃， 镁合金容易氧化，进浇口及耳朵结构根部位置会 同时出现裂纹，由于使用了模温机，降低了铸件 和模具的温度梯度，但是裂纹仍然出现，因此判 断镁液的温度不是导致箱体产品裂纹出现的直接影响因素。

4.1.3留模时间箱体产品最初压铸工艺参数设定的留模时间为 8s，在实际生产过程中，通过调整后观察裂 纹缺陷的比例，发现留模时间 8s 相对较短，热 裂纹很可能是产品还未完全凝固就出模时形成 的。最终设定的留模时间为 10s，该留模时间下 裂纹缺陷出现的比例明显有减少。

4.1.4压射速度箱体产品连续生产时，快压射速度范围为

3.5-4.5m/s。但快压射速度在 4 m/s 以上压铸出的 产品无论从外观冷隔缺陷还是 X 射线探伤内部 组织缩松缺陷来看都要好些，同时，裂纹缺陷的 比例也最小。这是由于高速度对应的高压射比压 使压铸件的组织更为致密所致[4]。一旦压射速度 超过 4.5m/s，压铸出来的箱体产品通过 X 射线探 伤发现内部缩孔和气孔较多，压射速度过高镁液 卷进太多的气体，不能到达产品气密性实验的要 求。

4.2 产品结构通过对以上工艺参数的调整，箱体产品裂纹

缺陷的控制效果并不很明显，我们从产品裂纹出 现位置固定方面加以分析，起初将耳朵部位的圆 角由 R1 增大至 R3，热裂纹改善有一定效果，并 将产品裂纹缺陷位置周边剖开观察，发现耳朵部 位对应内侧面有一减重结构，由于该结构影响， 导致耳朵部位周边的产品壁厚十分不均匀，通过 测量壁厚差约 1.5mm，耳朵部位裂纹缺陷位置靠 近进浇口，模具温度较高，由于铸件壁厚不均匀 会导致铸件冷却速度不一致形成收缩热应力，导 致热裂纹的形成。因此在征求客户的同意后，对 产品耳朵部位周边的产品壁厚做了设计变更，将 壁厚修到 4mm，消除了壁厚差。修模后的产品再 次生产时，基本解决了耳朵部位的热裂纹缺陷， 下图是修模前后的产品壁厚对比图。

            

5 结束语

      

镁合金手持工具产品容易出现热裂纹， 尤其是薄壁件。热裂纹主要出现在产品壁厚不均匀处的 R 角根部位置。为了防止热裂纹，主要从压铸工艺参数和调整 产品结构，使其壁厚均匀入手，压铸工  艺参数中对热裂纹影响明显的是模具温度和留模时间，产品结构也是影响裂  纹出现位置的重要原因