镁合金铸造成形技术研究

镁合金铸造成形技术研究

王随

中航飞机 股份有限公司西安制动分公司 陕西 咸阳

713100

摘要：目前使用镁合金铸件的汽车企业有梅赛德斯-奔驰、克莱斯勒、菲亚特，阿尔法等。已经超过60多种汽车开始使用镁合金的压铸零件，并将其使用在包括仪表板和座位骨架等重要设施中。由于对镁合金铸造产品的需求量大，镁合金压铸机及相应的铸造工艺发展迅速。镁合金应用于汽车工业的原因是油耗低，轻量化，这些原因都能使汽车工业满足新的环保要求。稀土元素在镁中可以形成稳定的沉淀物，这对提高合金的蠕变强度、提高固溶线温度以及提高镁合金性能起到了显著作用。本文通过描述改进镁合金的成型方法以及先进工艺，详细介绍了半固态成型技术和成型工艺。

关键词：镁合金；铸造；成形技术

一、引言

随着中国经济的快速发展，人们的生活水平逐年提高，镁合金产品与人们的日常生活息息相关。在有色金属中，镁合金具有低密度，高强度和高强度的特点。良好的抗震性能和电子抗干扰性能在相关领域得到了广泛的应用。使用镁合金来代替工程塑料等建筑材料已成为不可逆转的趋势，但仍然存在一些问题等待解决，这些问题制约了镁合金的大规模生产。主要有以下几个方面：镁具有较强的化学活性，易氧化。镁合金常温成形性差，耐蚀性差。针对上述问题，对于镁合金的研究主要集中在镁合金的强度和韧性方面。因此，本文重点介绍了如何提高镁合金的耐热性，开发和改进镁合金的成形工艺。

二、提高镁合金的韧性和耐热性

目前，商用镁合金主要有AZ、AM、AS和AE等系列。该铸造工艺具有生产率高、精度高、铸件表面好等优点。高温镁合金具有结构优良、壁薄、形状复杂等优点，但铸造缺陷难以消除，不能进行热处理，蠕变性能不高，使用温度不超过150℃。WE54稀土型镁合金，具有螺纹柔软、耐高温的特点，并且耐腐蚀性能优异，可与通用铝合金铸件相媲美。其合金元素在镁中的溶解度高达29%，熔点高，在镁中的扩散缓慢，可以形成稳定的沉淀，从而使镁合金的抗蠕变性能增加。MgSc合金的使用线温度比镁的熔点（650℃）高60℃，比其它镁合金的实线温度高60～300℃，可大大提高镁合金的使用温度。由于这种元素的密度较低，所以有利于合金的轻量化（初步实验结果表明，Mg-Sc的使用温度在300℃以上时，甚至可以扩展到更高的温度范围，但由于SC成本高，应用受到限制。稀土作为一种合金元素，在提高镁合金性能方面有着显著的作用，而稀土作为一种资源在我国资源丰富，我国镁合金的研发空间广阔。

三、改善镁合金的成形技术及采用先进成形工艺

为了减少能源消耗，提高能源利用率，减少环境污染，节约资源，制造业在产品设计上越来越重视产品的轻量化。镁合金密度低，强度高，抗腐蚀，防电磁波，具有充电流动性好和可再生的优点，镁合金是最轻的结构材料，其强度比铝合金和钢高，比强度最高的纤维增强塑料略低，强度比铝合金和钢强，纤维增强远高于塑料，其加工性能优良，易于加工，成本低，加工能量仅为铝合金的70%，其耐蚀性远高于低碳钢，其缓冲和磁屏蔽性能远优于铝合金。镁合金具有密度低、熔点低、动力学粘度低、比热容小、相变潜热低、与铁亲和力低等优点。由于降低了熔炼能耗，镁合金铸造周期短，使用寿命长。在美国，很多汽车零部件都是用镁合金铸造的，在欧洲，汽车企业也都参与到了镁合金工厂。随着节能环保要求的不断提高，镁合金在汽车上的应用将得到进一步的推进，镁合金的铸造方法有砂型铸造，金属铸造，模具铸造等，目前镁合金的90%以上是以压铸形式铸造的。

3.1半固态成形工艺

半固态成形技术是近几年发展起来的一种新型成形技术，在金属凝固的过程中，结晶过程被控制在固液共存的两个温度下，结晶结构被严重的搅拌破坏，从而获得金属母液中含有一定固态成分的固态的混合材料，通过压周模具锻造等成形工艺进行金属成形工艺。半固态成形过程一般包括三个阶段，非枝晶的制造，第二次加热和半固态整形的阶段。机械搅拌法是麻省理工大学弗莱明斯等20世纪70年代初开发的第一种方法。在搅拌室液态金属凝固的过程中，用搅拌棒集中搅拌，完全打破僵硬的树枝结晶，从而形成均匀分布在液体中的非精半固态纸浆。该方法结构简单，成本低，在实验室广泛应用，电磁搅拌法和电子感应在凝固金属溶液中产生感应电流用于产生，再加上磁场的作用，感应电流将固体金属材料严重混合，将传统的树枝状结构改为非树枝状结构，一般用于生产直径在150mm以上的半成品，可获得较高的连续铸造效率。变形诱导体激活方法为了将颗粒细小的合金锭提前连续铸造后加热到半固态，充分预应力合金锭，在加热过程中先发生预应力变形，然后部分熔化，初生相颗粒化，形成半固态合金。这种方法在高熔点非晶合金的制备上有其独特的优势，但只能用于直径小于60mm的半成品的制备。

半固态等温处理是合金熔体状态下，进行变质元素的添加。半成品用阴离子加热，并在固相两相区隔离，半固相等温处理，。最后获得接触变性的异常组织。主要工艺参数包括微量元素的加入量和半固态等温时间。

3.2半固态金属成形工艺

半固态接触成形前，先进行局部再溶解，也就是二次加热，然后根据加工件的尺寸对非织造半成品进行适当的分割，再加热至半固态温度，再进行接触成形。其目的是获得不同工艺所需的固体体积分数。其次，某些过程，电子搅拌、化学晶化细化等使小晶体碎片逐渐长大，形成球形结构，为接触变形创造了有利条件。半固态金属的基本成形过程分为流变成形和触变成形通过机械搅拌、电子搅拌或其他复合搅拌，将精炼合金液加热，在结晶和凝固过程中形成半固态材料。以下过程分为：它们有两种，一种是将半固态材料直接连铸或直接轧制、挤压等半固态材料加工方法，即流动成型，另一种是将半固态浆料加工成半成品锭，然后加热到半固态温度，形成半固态糊状物，然后进行成型加工。

四、结束语

总之，镁合金作为一种新的工程材料，满足了人们对能源和环境保护的要求，受到了世界各国政府和科研机构的高度重视，镁合金的研究和应用符合国际先进水平。我国工业发展规划充分发挥我国镁资源优势，加强镁合金的应用和开发，增强镁资源优势，随着科学技术的发展，镁合金的性能不断提高。镁的电子化更加完善，将为人类社会的发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]赵立. 高能超声振动制备半固态稀土镁合金及成形技术研究[D].华中科技大学,2016.

[2]王恒. ZK61-Y镁合金轮毂液态模锻-等温锻成形及组织性能研究[D].哈尔滨工业大学,2019.

[3]关涌康. 卧式离心铸造镁合金工艺及其轧制成形板材性能研究[D].沈阳工业大学,2019.