压力铸造是获得高精度和高表面光洁度铝合金铸 件的一种高效率成形方法，但在压铸件中常伴有气孔、 浇不足和缩孔等缺陷，极大地降低了铸件的力学性能， 甚至导致报废旧，其中由气体卷入形成的孑L洞缺陷是 影响铸件力学性能很重要的原因之一。而孔洞缺陷形 成与压铸工艺参数密切相关，如铸造压力、填充时间 和压射速度等，因此研究压铸工艺参数对铸件内微孔 缺陷控制和性能影响有重要意义。
大部分对压铸工艺的研究集中在半固态成形技术、 高真空压铸及超低速压铸等特种压铸技术，而实际 压铸生产中以普通压铸应用最为广泛，对于多个压铸 工艺参数的共同作用影响铸件微孔缺陷和力学性能的 研究较少。因此，本文综合考虑了浇注温度、高速切 换点及压射速度三个压铸工艺参数，在普通压铸试验 条件下，通过对ADCl2铝合金的压铸工艺、微孔缺陷 及力学性能的研究，以期精准控制压铸工艺参数，进 一步降低铸件缺陷和提高性能，为压铸生产中合理工 艺优化提供参考。
1试验过程与方法
试验材料为商业用压铸铝合金JIS(日本工业标 准)ADC12，试验用于分析的试样取自某汽车用液压 转向器壳体铸件，如图1。在BUHLER 84D冷室卧式压 铸机上进行压铸，该铸件净重2.1 kg，外形尺寸：1 200 mm×840 mm×720 mm，壁厚：4～12 mm。根据 JIS给出的ADCl2压铸铝合金的抗拉强度≥228 MPa， 断后伸长率≥1.4％。试验过程主要考虑浇注温度、 高速切换点位置和压射临界速度对铸件微孔缺陷和力 学性能影响，因此，选择了在660～690℃范围内4个 浇注温度进行对比，高速切换点位置分别设为450 mm、 460 mm、470 mm，以及设计了4个压射临界速度，分 别取为2.5、2.7、3.0、3.5 m／s。
孔洞评定通常有两种形式：密度和微观气孔形态。 密度采用阿基米德法原理，在舜宇FAll04J电子密度天 平上测定，精度l mg，试验结果为4个试样平均值；微 观气孔形态采用特征参数统计法，将磨平抛光的试样 在0l严pus BHM金相显微镜各拍1 0张照片，通过Image Pro P1us 6．0图像处理软件进行统计，最后进行平均值 处理。
因图1中A区有较高性能要求，即高强度和高致密 度，所以依据国家标准GB／T 228．1—2010，采用线切 割加工方法在铸件A区上截取圆形拉伸试棒，形状尺 寸如图2所示。试验在CMT5 105型电子万能试验机上进 行，拉伸速率为1．0 mm／min，测定试样的抗拉强度和 伸长率，试验结果为4个试样平均值。
2试验结果与分析
2．1 浇注温度对ADCl 2合金的组织和性能的影响
ADCl2合金在常规温度660～720℃下浇注，其初生a—Al通常是树枝晶，但随浇注温度降低，其初生 0c．Al相凝固形态也会发生变化M。考虑到浇注温度对 该压铸件成形性的影响，将浇注温度取为660～690℃， 图3是高速切换点450 mm，压射临界速度3．0m/s，不 同浇注温度下铸件A区试样心部的典型显微组织。当 浇注温度为690℃时，ADC12合金中出现粗大的初生 a-Al树枝晶形态，也有部分的球状或粒状形态，如图 3a；当浇注温度为680℃时，合金中粗大的树枝晶初 生仅．Al明显减少，主要以球状或粒状形态存在，平均 粒径为10～20μm，分布也很均匀，见图3b；当温度降 为670℃时，合金中的初生仪．Al仍以球状为主，相比 680℃，这种球状分布更加均匀，见图3c；但当温度 进一步降至660℃时，组织中反而出现较大的树枝晶 状初生a-A1，其等效直径甚至达100μm，见图3d。
由于熔融金属流动中与汤勺、模具和横浇道热交 换，因此压室中热损耗不可忽视，一般压室内热损耗 导致温度降低平均3．89～6．12℃／s，即过热损耗一般为 11.12～16.68℃。所以ADC12合金中凝固组织变化可 能与熔体过热温度的影响有关，从热力学角度出发， 认为熔体过热使组织细化是自发结晶的过程。随着熔 体过热程度增大，会导致可以作为结晶质点多相组织 的溶解和活性降低，熔体逐渐变得均匀化罔。因此，合 金中初生仅一Al在一定过热条件下，过冷度增大使晶粒 细化，呈球状或粒状。但过热温度过大时，熔体将较 多热量传给模具，减少合金凝固时冷却速度，导致凝 固时间加长，初生a—Al和共晶Si长大时问也增加，所 以较高温度下初生a-Al呈粗大树枝晶。但如果浇注温 度过低时，合金在压室和浇道中就可以先析出少量的 初生a-Al，随后在型腔中凝固长大演化为一些较大的 树枝晶。
由图4可知，浇注温度越高，铸件的力学性能均呈先增后减的规律，并在680℃时达最大。浇注温度越高，合金液中溶解的氢越多，压铸后铸件中气孔越多，而且初生a-Al枝晶粗大，也会使铸件性能下降。但浇注温度 太低，不但少量硅将会析出，以游离状态存在于铸件 内使性能降低，而且初生a-Al枝晶也很粗大，因此浇 注温度较低铸件的性能也较差。
2．2高速切换点位置对ADCl2合金微孔缺陷和性能 的影响
高速切换点位置(指将压射冲头从低速速度转换 到高速速度的位置)直接影响充型时型腔排气效果， 从而影响铸件性能。图5为浇注温度680℃，压射临界 速度3.0 m／s，不同高速切换点位置处试样的金相照片 (未腐蚀)，其中黑色为微孔缺陷，铸件内孔洞个数Ⅳ、 孔洞平均面积A及密度的统计结果如图6a所示，随着高 速切换点位置增大，铸件内部微孔数量逐渐减小，但孔洞平均面积A逐渐增大，这说明随切换点位置增加，充型过程中卷气量是略有降低，总体缺陷值减少，与 铸件密度变化趋势相近，同时，孔洞平均面积的增加 说明孔洞尺寸有所增大，这可能与孔洞的聚集有关， 易形成缩松缩孔铸造缺陷。
图6b为高速切换点位置对铸件力学性能的影响， 铸件抗拉强度随切换点位置增加而降低。这是由于高 速切换点位置过大时，则相对的低速压射行程越长， 所用时间越多，金属液降温也将越多，与铸型壁接触 的金属液首先凝固而形成薄层，使远离浇道的厚壁部 位得不到有效补缩而出现缩孔缩松的现象，这也将恶化铸件力学性能。
2．3压射临界速度对ADCl2合金微孔缺陷和性能的 影响
压射临界速度最小值选2．5 m／s，这是因为考虑到 本铸件体积较大，一次压铸用料4．2 kg，当速度低于 2．5 m／s时，压铸件成形性较差。图7为浇注温度680℃， 高速切换点位置450 mm，不同压射临界速度下铸件的 金相照片，其中铸件内孔洞个数Ⅳ、孔洞平均面枞及 密度的统计结果如图8a所示。随着压射速度增加，气 体卷入形成的孔洞数量增加，但单位孔洞平均面积先 减少后增大，铸件密度先升高后降低。这说明压射临 界速度存在最佳值，超过这个最佳值，金属液进入型 腔发生紊流，形成较大的缩松和缩孔，并在压射速度为2.7 m／s时密度达到最大值2.68 g／cm3。 图8b为压射临界速度对铸件拉伸性能的影响，当 压射速度从2.5m/s增至3.5 m／s，铸件的抗拉强度先增 加后降低。当压射速度较低时，金属液在压室停留时 间较长造成较多缩松缩孔类缺陷，导致力学性能降低， 但过高的压射速度易造成压室内气体的卷入，增加缺 陷的产生。因此，本铸件的压射临界速度为2.7 m／s较 佳，既避免金属液温度下降过多，又防止压室内的卷 气，力学性能最好，最大抗拉强度达到235.5 MPa， 断后伸长率2.8％。
3 结论
(1)通过优化工艺表明，高速切换点位置和快压射临界速度可以明显降低压铸件的微孔缺陷，提高其致密度，密度最大值为2.68g/cm3，因而进一步提高铸件力学性能。
(2)在本实验条件下，当浇注温度为680℃，此 时合金中初生a-A1为细小枝晶。高速切换点位置 450 mm，快压射临界速度为2.7m/s时，铸件的微孔缺 陷最少，力学性能最好，其最大抗拉强度达到235.5 MPa， 断后伸长率2.8％，高于标准铸态ADC12铝合金的力学性能。