鋁合金鑄件！為什么高壓鑄不需熱處理而低壓鑄需要？
第一次接觸鑄造工藝是大學(xué)畢業(yè)后的第二年，公司內(nèi)部輪崗后開(kāi)始負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)件的相關(guān)工作。其中一個(gè)讓人抓耳撓腮又徹夜難眠的零件就是鎂合金的高壓鑄造殼體，依舊清晰的記得原材料的牌號(hào)是AZ91D，一個(gè)腦海中揮之不去的夢(mèng)魘。自此一個(gè)非機(jī)械非材料專業(yè)的門外漢開(kāi)始了結(jié)構(gòu)件之旅。
根據(jù)GB/T 5611-1998 定義：鑄造(Casting/ Founding/Foundry)是指熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法。
鑄造的種類很多，截至目前為止筆者有幸實(shí)地見(jiàn)過(guò)：重力鑄造中的砂型鑄造（鑄鐵制動(dòng)盤, 離合器壓盤），高低壓力鑄造，熔模鑄造（失蠟鑄造）等。另外還有有趣的Thixomolding （半固態(tài)射出成型），類似于塑膠件的注塑成型將金屬合金制成合金粒子然后熔融經(jīng)由螺桿高壓射出成型。本次主要計(jì)劃梳理一下高地壓力鑄造
（二）高壓鑄造和低壓鑄造
約定俗成，實(shí)際工作過(guò)程中，絕大部分情況下我們所討論的壓鑄，可以直接理解為高壓鑄造。
高壓鑄造：熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的方法。壓鑄機(jī)臺(tái)簡(jiǎn)易構(gòu)圖
高壓鑄造優(yōu)缺點(diǎn)：
1）零件的尺寸精度高，表面質(zhì)量好。利于表面處理：陽(yáng)極氧化，噴涂等
2）鑄件力學(xué)性能好（抗拉強(qiáng)度，延伸率），適合大批大量生產(chǎn)
3）可以生產(chǎn)結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的薄壁零件
4）壓鑄零件件不能進(jìn)行大面積余量的機(jī)械加工CNC
5）鑄件容易產(chǎn)生細(xì)小的氣孔和縮松，不能做常規(guī)的熱處理
常見(jiàn)零件：內(nèi)外殼體（渦輪增壓），底座，支架，方向盤骨架等等。 由于壓鑄件塑性低，不宜在沖擊載荷及有震動(dòng)的情況下工作。
常見(jiàn)廠家：南京泉峰，上海華培，寧波亞路，寧波旭升
低壓鑄造：鑄型安放在密封的坩堝上方，坩堝中通入壓縮空氣，在熔池表面形成低壓力（一般是60～150KPa），使金屬通過(guò)升液管充填鑄型和控制凝固的鑄造方法。鋁合金低壓鑄造結(jié)構(gòu)示意圖
低壓鑄造的優(yōu)缺點(diǎn)：
1）可以方便控制充型壓力和速度
2）零件的微觀組織致密，有很高的力學(xué)性能，可以通過(guò)熱處理進(jìn)一步增加零件的力學(xué)性能
3）原材料利用率高，一般在90%～98%.零件成本優(yōu)勢(shì)增加
4）雖然充型壓力和速度方便控制，但是生產(chǎn)的效率比高壓鑄造低
5）從坩堝到鑄型的升液管壽命較短，損耗大，需要準(zhǔn)備備品備件
常見(jiàn)零件：羊角（Steering Knuckle），鑄鋁卡鉗本體，氣缸頭、輪轂、氣缸架等等
常見(jiàn)廠家：南京正領(lǐng)，威孚長(zhǎng)安
（三）熱處理回顧
普通熱處理，例如一般常見(jiàn)的金屬零件會(huì)涉及到“三把火”：退火-Annealing，正火-Normalizing，淬火-Quenching ;當(dāng)然還有表面熱處理中的表面淬火和化學(xué)熱處理,這里就不詳細(xì)討論。筆者之前負(fù)責(zé)過(guò)鋁鍛件（摩托車剎車把手）的工作，使用的大多數(shù)牌號(hào)是6082，6061。當(dāng)時(shí)所涉及的熱處理主要是T2 ＋ T6. 接下來(lái)整理匯總了一下鋁合金熱處理的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和大家分享。
◎退火：把產(chǎn)品加熱到一定溫度同時(shí)保溫一定的時(shí)間，然后以一定速度冷卻到室溫。旨在通過(guò)金屬粒子擴(kuò)散、遷移，使之晶體組織更加均勻穩(wěn)定來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力。
◎固溶：零件加熱到高溫單相區(qū)保持恒溫，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝。將可以熱處理的鋁合金零件加熱到較高溫度同時(shí)保溫一定時(shí)間，使零件中可溶成分充分溶解到鋁基體中，從而最大程度形成過(guò)飽和固溶體，然后快冷將這種過(guò)飽和固溶體保持到室溫，獲得合適的晶粒度。
◎時(shí)效：分為自然時(shí)效（將零件放在室溫或者自然條件下長(zhǎng)時(shí)間靜置）和人工時(shí)效（將零件加熱到比較高的溫度同時(shí)在短時(shí)間內(nèi)回到常溫），為節(jié)約時(shí)間通常選擇人工時(shí)效。主要原理是零件件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形或鑄造，鍛造后，在較高的溫度或室溫放置，其性能、形狀、尺寸隨時(shí)間而變化的熱處理工藝。
（四）寫在結(jié)尾
通過(guò)上述的知識(shí)回顧，仔細(xì)的讀者應(yīng)該可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的答案關(guān)鍵：Internal Porosity （內(nèi)部孔隙）
從工藝成型的角度可以看出壓鑄在高壓高速填充的過(guò)程中使得鑄件本體中存在一定的氣泡，這也是為什么在鋁壓鑄產(chǎn)品質(zhì)量管控中會(huì)使用X－Ray ，CT去測(cè)的零件的氣孔率，從而確保零件力學(xué)性能可以達(dá)標(biāo)（常見(jiàn)的ADC12，抗拉強(qiáng)度平均值在228Mpa左右）。如果高壓鑄零件進(jìn)行熱處理，會(huì)使得零件變形曲翹。鋁合金高壓鑄零件的抗拉強(qiáng)度相對(duì)低壓鑄零件會(huì)低不少。這也就決定該工藝對(duì)應(yīng)的一些產(chǎn)品大多數(shù)是一些結(jié)構(gòu)件，保護(hù)殼體，底座支撐等等。
而低壓鑄造的過(guò)程中密封在坩堝上方的型腔緩慢的得到填充，使得低壓鑄造零件的組織具有良好的致密性，氣孔極少。同時(shí)又可以通過(guò)固溶時(shí)效的熱處理進(jìn)一步使得組織晶體更加致密均勻從而確?？估瓘?qiáng)度等力學(xué)機(jī)械性能，優(yōu)秀的企業(yè)抗拉可以做到290～330Mpa，甚至更高。這就不難理解為什么一些運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)件需要采用低壓鑄造的工藝。
對(duì)于一些強(qiáng)度要求更高，延展性要求更好的部件例如控制臂，可以選擇鍛造工藝；但是優(yōu)秀的低壓鑄造工藝控制有時(shí)也可以達(dá)到一定的替代效果。
