镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽能力强、减震能力强、切削性能优良、易回收等优点，在 工程中得到了广泛的应用。ＡＺ９１Ｄ镁合金由于具有良好的铸造性能和耐蚀性能，还具备一定的力学性 能，因而在压铸镁合金中得到广泛运用。 普通压铸ＡＺ９１Ｄ镁合金屈服强度、抗拉强度和伸 长率分别为１５０ＭＰａ、２３０ＭＰａ和３％。其伸长率较 低很大程度上是由于压铸过程中金属液以紊流态高速射入模具型腔，使型腔内部气体无法及时排出，造成金属液卷气而在压铸件中形成气孔，从而降低伸长率。真空压铸是一种通过真空系统抽除模具型腔内的气体，以降低压铸件内部孔隙率的铸造工艺，后期可进行热处理以提高压铸件的力学性能。本课题研究的是不同的真空度对压铸ＡＺ９１Ｄ镁合金显微组织和力学性能的影响。

１　试验过程

压铸试验采用ＴＯＹＯ－ＢＤ３５０Ｖ５冷室压铸机，该压 铸机最大锁模力为３５００ｋＮ。采用 ＶＤＳＰＬＣ-３５０的 真空设备对压铸模具抽真空，通过调整压铸工艺参数 （高、低速度及高低速转换位置）进而改变抽真空的时间 长短，使模具型腔达到不同的真空度。采用井式电阻坩埚炉熔炼 ＡＺ９１Ｄ镁合金，其成分见表１，一次熔炼５０ ｋｇ，采用 Ｎ２＋ＳＦ6（0.5%）混合气体 对熔体进行保护。

图１为ＡＺ９１Ｄ镁合金压铸件的外观。采用模具温度控制机对压铸模具的温度进行控制。腐蚀剂选用体 积分数为４％的硝酸酒精溶液，采用 Ａｘｉｏ　Ｏｂｓｅｒｖｅｒ　Ａ１ 型光学显微镜进行显微组织观察。鼓泡试验工艺参数 为４５０℃×３ｈ，水淬。

拉伸试样见图２，取样部位见图１中Ａ处，拉伸试验采用 Ｚｗｉｃｋ　Ｚ１００万能材料试验机，拉伸速率为１ ｍｍ／ｍｉｎ，标记长度为１５ ｍｍ，平行试样数量为３～４ 根。

真空压铸系统见图３，模具型腔通过真空阀与负压罐一端相连，负压罐的另一端与真空泵相连。当冲头封闭浇料口后，将促发位移传感器发出信号，真空系统开始工作，真空阀打开抽真空，直至金属液冲击真空阀使其关闭而停止抽真空。

ＡＺ９１Ｄ镁合金真空压铸工艺参数见表２，其中浇注温度为６９０℃，模具温度为２００℃，比压为７０ＭＰａ，增压位置在２８０ｍｍ。 

２　试验结果及分析

图４是不同压铸工艺下抽真空时间－真空度的曲线。可以看出，从１号工艺到４号工艺，随着抽气时间的不断增加，模具型腔的真空度得到不断提升。１号工艺下实际抽真空时间为０.３５ｓ，最低真空度为５１.８ ｋＰａ； ４号工艺下实际抽真空时间为０.８８ｓ，最低真空度 为１７.５ｋＰａ。 理论抽真空时间 ｔ ｖ 为：

式中， ｔ ｌ ｖ为低速阶段理论抽真空时间； ｔ ｈｖ为高速阶段理 论抽真空时间。低速阶段理论抽真空时间 ｔ ｌ ｖ为：

式中， Ｌｉ为不同低速段的长度，该压铸机最多可以设置９段低速；ｖ ｉ 为对应低速段的冲头速度。压铸机的冲头行至１００ｍｍ处封闭浇料口，同时打开真空阀抽真空，故上述压铸工艺参数中的第一段低速不抽真空。高速阶段理论抽真空时间为：

式中， Ｌ ｈ 为高速段长度，即高低速转换位置至增压位置的长度；ｖ ｈ 为高速段的冲头速度。根据式（ １）～式（ ３） 可求得各组压铸工艺参数下的理论抽气时间，见表３。

从表３可以看出，理论抽真空时间与实际抽真空时 间的最大偏差度控制在１２％以内，说明上述计算理论抽气时间的方法具有一定的准确度，这为 ＡＺ９１Ｄ镁合金真空压铸工艺参数的设计提供了较好的参考。在同 一真空系统下，冲头在低速阶段的抽真空时间长短决定 了抽真空的时间长短。从表３可以看出，低速阶段抽真空时间占总抽真空时间的９０％以上，因而在设 计真空压铸工艺参数时，应将重点放在低速段的参数设 计上。

图５为不同真空度下压铸件的显微组织。为了保 证显微组织的可比性，试样均选在圆柱通孔高度１/４部 位处，具体取样位置见图１中 Ｂ 处。对应的真空度分 别为５１.８、３５.１、２５.９、１７.５ｋＰａ。可以看到图５ａ中的 显微组织内部存在大量的气孔，并且气孔尺寸较大，最 大气孔的直径在１５０μｍ以上，气孔的分布较为分散。 　　

随着真空度的提升，气孔数量不断减少，同时气孔尺寸不断减小，压铸件的内部质量得到明显改善，这有助于提高合金伸长率。当真空度达到１７.５ｋＰａ时，组织中已不易观察到气孔。 

图６为 ＡＺ９１Ｄ镁合金高温鼓泡后的外观，鼓泡试验是为了更加直观地查看压铸件的卷气情况，图６中的黑色标记点即为鼓泡点。对应的真空度分别为５１.８、 ３５.１、１７.５ｋＰａ。可以看出随着真空度的提高，鼓包逐渐减少，表明压铸件内部的孔隙率下降。 　　

图７为不同真空度下压铸ＡＺ９１Ｄ镁合金的力学性能。可以看出，随着真空度的提升，ＡＺ９１Ｄ镁合金的伸长率得到提高。伸长率从５１.８ｋＰａ下的３.２％，提高 至１７.５ｋＰａ下的５.１％，提高了６０％。这是由于提升真空度能有效降低压铸件内部的孔隙率，而孔隙率对合金伸长率呈负相关影响，即降低孔隙率能提高合金的伸长率。

ＡＺ９１Ｄ 镁合金的抗拉强度从５１.８ｋＰａ下的２１９ ＭＰａ，提高至１７.５ｋＰａ下的２４９ ＭＰａ，提高了１３.７％， 表明真空度提高能有效提高合金的抗拉强度。ＡＺ９１Ｄ 镁合金在１７．５ｋＰａ下的屈服强度达到１６３ ＭＰａ，较普 通压铸 ＡＺ９１Ｄ镁合金提高８.７％。真空压铸能提高屈 服强度的原因在于，真空能有效地减薄压铸件与模具间的气体层，进而提高压铸件与模具间的传热系数，加大 铸件的冷却速率，合金晶粒得到一定细化，从而提高合金的屈服强度。另外，在２５.９～３５.１ｋＰａ真空度范围内伸长率的增长速率较大，真空度达到２５.９ｋＰａ后合金伸长率的增长速率变缓。 

３　结　论

（ １）提供了一种依据压铸工艺参数计算真空系统理论抽真空时间的方法，按照该方法计算的理论抽真空时 间与实际抽真空时间的偏差度小于１２％。从计算结果可以看出，低速阶段抽真空时间占比在９０％以上，因此在设计真空压铸工艺参数时，应将重点放在低速段的参数设计上。

（ ２）真空压铸ＡＺ９１Ｄ镁合金，其伸长率随着真空度的提升而提高。伸长率从５１.８ｋＰａ下的３.２％，提高 至１７.５ｋＰａ的５.１％，提高幅度达到６０％。１７.５ｋＰａ 下的伸长率相比普通压铸 ＡＺ９１Ｄ镁合金３％的伸长率提高了７０％。在２５.９～３５.１ｋＰａ范围内伸长率的增长速率较大，真空度达到２５.9ｋＰａ后伸长率的增长速率变缓。在２５.９～３５.１ｋＰａ的真空度范围具有较高的应用价值。