摘要: 对 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样进行了压铸成型，并进行了力学性能和耐腐蚀性能的测试和分析。结果表明: 随浇注温度的升高和压射速度的加快，试样的抗拉强度、屈服强度先增大后减小，腐蚀电位正移后逐渐负移，伸长率变化幅度较小，力学性能和耐腐蚀性能均先提升后下降; 与 620 ℃浇注温度压铸时相比，650 ℃浇注温度下的抗拉强度、屈服强度分别增大了 13. 08%、23. 78%，断后伸长率减小了 1%，腐蚀电位正移了 43 mV; 与 1 m/s 压射速度压铸时相比，3 m/s 压铸下的抗拉强度、屈服强度分别增大了 11. 20%、16. 45%，断后伸长率减小了 0. 8%，腐蚀电位正移了31 mV。Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件的压铸工艺参数优选为: 650 ℃始锻温度、3 m/s 压射速度。
前言
在经济高速发展的今天，人们的生活和出行越来越离不开汽车，对汽车的质量、性能、经济性、使用寿命等有了更高的要求。同时基于节能减排、降耗、轻量化等全新发展理念的影响，汽车用材料更趋于轻质、高性能、环保，铝、镁合金等轻质金属得到了更多的研究和应用[1]。而汽车零部件种类繁多，形状复杂，如缸体、变速箱、缸盖、轮毂等，多为大型、复杂薄壁件，因而在生产工艺上，逐渐转向压铸，汽车用压铸零部件受到行业内更多的关注和应用[2-4]。虽然压铸工艺优于普通的铸造技术，表面更光滑，壁更薄，精度、强度更高，工艺简单，生产效率高，能极大地节省原材料，但是压铸工艺仅适宜流动性金属加工，发展受到一定的限制，且压铸也存在一定的铸造缺陷，易产生气孔、氧化杂物等，而且压铸所需设备模具等成本更高，因此适合进行大批量生产[5-7]。虽然我国的压铸技术日趋成熟，极大地提升了汽车零部件的质量与性能，但是基于业界和社会对汽车压铸零部件性能的高要求，所以还需不断地研发和创新压铸技术，促进汽车新型压铸零部件的发展更上一个台阶[8-10]。
一试验
研究对象为 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件，Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 合金的原材料选用纯度为 99%以上的纯镁锭、铝锭、锌锭、铈粉、细锰粉，其化学成分见表 1。
熔炼在坩埚电阻炉内进行，首先预热坩埚，待坩埚呈现暗红色后将 RJ-2 熔剂撒在坩埚底部和四周，分批次加入镁锭、细锰粉、铈粉、铝锭、锌锭，待所有成分都熔化后进行扒渣、精炼，静置 10 min 后，将合金液浇入 1 250 kN 卧式冷室压铸机的模腔内，在 1 250 kN 卧式冷室压铸机上进行压铸试验。压铸过程中，保持模具预热温度 250 ℃、压射比压 90 MPa 不变，改变浇注温度和压射速度。试样的压铸工艺参数见表 2。所有压铸试样都未进行热处理。
图 1 是汽车新型压铸零部件锻件，主要尺寸为: 外径 88 mm、高度 54 mm、厚度 5 mm、内径 42mm、总长 101 mm。Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件的力学性能在室温环境下测试，仪器选用 Instron8032 型电子拉伸试验机，以 2 mm/min 速度匀速拉伸，记录强度及断后伸长率，断口形貌用 S-530 扫描电镜进行观察。耐腐蚀性能采用电化学腐蚀方法进行室温测试，测试仪器为 PARSTAT 电化学三电极体系系统，腐蚀介质为 NaCl 溶液，浓度 3. 5%，以 0. 4 mV/s 速度进行极化曲线测试，并结合分析软件进行 Tafel 拟合，记录电化学参数 (腐蚀电位)，腐蚀形貌用 S-530 扫描电镜观察。
二 试验结果及讨论
2. 1 不同浇注温度下试样的力学性能测试
Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样于3 m/s 恒定压射速度下，经不同的浇注温度制备下的力学性能测试结果见图 2。可以看出: 浇注温度越低，强度越小，浇注温度的升高能够有效增强试样的抗拉强度和屈服强度，断后伸长率相对略有减小。620、635、650、675、700 ℃浇注温度下的抗拉强度分别为 237、253、268、257、242 MPa，屈服强度分别为 143、165、177、169、154 MPa，断后伸长率则分别为 8. 9%、8. 2%、7. 9%、8. 1%、8. 4%。由此可见: 620 ℃浇注温度下试样的抗拉强度与屈服强度均最小，断后伸长率则最大，此时试样的力学性能最差; 650 ℃浇注温度压铸时，试样的抗拉强度和屈服强度最大，分别较 620 ℃ 压铸时增大了 13. 08%、23. 78%，断后伸长率仅减小了 1%，此时力学性能最佳。当浇注温度继续升高，试样的强度下降，断后伸长率减小，力学性能又开始下降。
2. 2 不同压射速度下试样的力学性能测试
Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样于650 ℃恒定浇注温度下，经不同的压射速度制备下的力学性能测试结果见图 3。
由图 3 可以看出: 压射速度越慢，强度越小，压射速度的加快能够有效增强试样的抗拉强度和屈服强度，断后伸长率相对略有减小。1、2、3、4、5 m/s压射速度下的抗拉强度分别为 241、255、268、259、244 MPa，屈服强度分别为 152、164、177、168、153MPa，断后伸长率则分别为 8. 7%、8. 4%、7. 9%、8. 2%、8. 5%。由此可见: 1 m/s 压射速度下试样的抗拉强度与屈服强度均最小，断后伸长率则最大，此时试样的力学性能最差; 3 m/s 速度压铸时，试样的抗拉强度和屈服强度最大，分别较 1 m/s 压铸时增大了 11. 20%、16. 45%，断后伸长率仅减小了 0. 8%，此时力学性能最佳。当压射速度继续增加，试样的强度下降，断后伸长率减小，力学性能又开始下降。
2. 3 试样的拉伸断口形貌
图4 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样分别经 620、650 ℃ 浇注温度压铸时的拉伸断口图片。可看出: 两种浇注温度压铸时，试样的拉伸断口处均呈现出典型的韧性断裂特征。620 ℃压铸时试样的撕裂棱粗大，韧窝不规则，具有较差的韧性;650 ℃压铸时试样的韧窝显著减小，形状较为圆润，分布较规则、均匀，韧性极大提升，力学性能最佳。综合不同浇注温度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的强度和伸长率的测试结果可以得知，从优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的力学性能考虑，优选 650 ℃浇注温度。
图5 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样分别经 3 和 5 m/s 压射速度压铸下的拉伸断口图片。可看出: 当压射速度为 3 m/s 时，试样的撕裂棱细小，韧窝也细小、圆润，韧性好，此时力学性能最佳; 当压射速度加快至 5 m/s，试样的韧窝及撕裂棱均变粗大了，力学性能下降。联系不同压射速度下的Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的强度和伸长率测试结果可知，为优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce汽车新型压铸零部件试样的力学性能，优选 3 m/s 压射速度。
2. 4 不同浇注温度下试样的耐腐蚀性能
Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样于3 m/s 恒定压射速度下，经不同的浇注温度制备下的耐腐蚀性能测试结果见图 6。可以看出: 浇注温度的升高能够使试样的腐蚀电位显著正移，耐腐蚀性能得以提升。随浇注温度从 620 ℃升高到 650 ℃，试样的耐腐蚀性能先提升后下降。620、635、650、675、700 ℃ 浇 注 温 度 下 的 腐 蚀 电 位 分 别 为 - 0. 924、-0. 913、-0. 881、- 0. 893、- 0. 908 V。由此可见，620 ℃浇注温度下试样的腐蚀电位最负，此时试样的耐腐蚀性能最差; 650 ℃浇注温度压铸时，试样的腐蚀电位最正，较 620 ℃压铸时正移了 43 mV，此时耐腐蚀性能最佳。当浇注温度继续升高，试样的腐蚀电位开始负移，耐腐蚀性能又开始下降。
2. 5 不同压射速度下试样的耐腐蚀性能
Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce汽车新型压铸零部件试样于恒定 650 ℃ 浇注温度下，经不同的压射速度制备下的耐腐蚀性能测试结果见图 7。可以看出: 压射速度的加快能够使试样的腐蚀电位显著正移，耐腐蚀性能得以提升。随压射速度从1 m/s 加快至 5 m/s ，试样的腐蚀电位正移后逐渐负移，1、2、3、4、5 m/s 压射速度下的腐蚀电位分别为 -0. 912、-0. 906、- 0. 881、- 0. 892、- 0. 904 V。由此可见，1 m/s 压射速度压铸下试样的腐蚀电位最负，此时试样的耐腐蚀性能最差; 3 m/s 压射速度压铸时，试样的腐蚀电位最正，较压射速度 1 m/s 时正移了 31 mV，此时耐腐蚀性能最佳。当压射速度继续增大，试样的腐蚀电位开始负移，耐腐蚀性能又开始下降。
2. 6 不同压铸工艺下试样的腐蚀形貌
图 8 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样分别经 620、650 ℃ 浇注温度压铸时的腐蚀形貌图片。可看出: 620 ℃压铸时，试样的腐蚀坑呈密集团状，坑深度较深，此时腐蚀程度严重; 650 ℃压铸时试样的腐蚀程度大大减轻，仅有少量的腐蚀点出现。联系不同浇注温度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的腐蚀电位测试值可以得知，从优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的耐腐蚀性能考虑，优选 650 ℃浇注温度。
图9 是 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样分别经 3 和 5 m/s 压射速度压铸下的表面腐蚀形貌图片。从图 9 可看出: 3 m/s 速度压射时，试样表面腐 蚀点小，且为数不多，此时耐腐蚀性能最佳; 当压射速度加快至 5 m/s，试样的腐蚀程度加重，出现了较
大形状的腐蚀坑，耐腐蚀性能下降。联系不同压射速度下的 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的腐蚀电位测试值可知，为优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的耐腐蚀性能，优选3 m/s 压射速度。
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3 结论
采用不同的浇注温度和压射速度对 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样进行了压铸成型，并进行了力学性能和耐腐蚀性能的测试和分析。现总结如下:
(1) 随浇注温度的升高和压射速度的加快，试样的抗拉强度、屈服强度先增大后减小，腐蚀电位正移后逐渐负移，伸长率变化幅度较小，力学性能与耐腐蚀性能均先提升后下降。650 ℃ 浇注温度、3 m/s压射速度下 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的抗拉强度、屈服强度最大，断后伸长率最小，腐蚀电位最正，力学性能和耐腐蚀性能最佳。
(2) 与 620 ℃浇注温度压铸时相比，650 ℃浇注温度下的抗拉强度、屈服强度分别增大了 13. 08%、23. 78%，断后伸长率减小了 1%，腐蚀电位正移了43 mV; 与 1 m/s 压射速度压铸时相比，3 m/s 压铸下的 抗 拉 强 度、屈 服 强 度 分 别 增 大 了 11. 20%、16. 45%，断后伸长率减小了 0. 8%，腐蚀电位正移了31 mV。
(3) 为优化 Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的力学性能和耐腐蚀性能，Mg-9Al-1Zn-0. 5Ce 汽车新型压铸零部件试样的压铸工艺参数优选为: 650 ℃始锻温度、3 m/s 压射速度。
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