合金研制與鑄造工藝中鎂的高壓鑄造法分析

摘要：鎂合金體現(xiàn)出了獨(dú)特的功能與特點(diǎn)，鎂合金在未來必將廣泛進(jìn)行應(yīng)用。不管是在汽車還是航天領(lǐng)域，鎂合金都是具有良好發(fā)展趨勢的材料。本文主要分析了鎂合金特點(diǎn)，鎂的高壓鑄造工藝，高壓鑄造的合金研制。

在實(shí)用金屬中鎂合金是最小的密度，體現(xiàn)出極好的散熱性、電磁屏蔽性、手感良好、外部美觀，因此替代塑料材質(zhì)迅速應(yīng)用在通訊工具、筆記本的殼體等方面。鎂合金在汽車行業(yè)的節(jié)能與輕量化方面具有最大的優(yōu)勢，已經(jīng)開始替代鋁部件，截止到目前，鎂合金已經(jīng)應(yīng)用于超過60余種的汽車零部件中。

1.鎂合金特點(diǎn)

1.1_目前的工程金屬

鎂合金具有最小的密度，大概是鋁的64%，鋼的23%，具備極高的比剛度與比強(qiáng)度。因此在剛度要求相同的情況下，構(gòu)件應(yīng)用鎂合金進(jìn)行制造能夠有效減輕自身的重量，在汽車、電子等領(lǐng)域的發(fā)展前景很好。

1.2.比較鎂合金和鋼、鋁

比較小的彈性模量，體現(xiàn)出極高的阻尼振動(dòng)容量，也就是低慣性與減震性。由于彈性模量比較小，當(dāng)外力發(fā)生作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)更加均勻的應(yīng)力分布，可以有效防止應(yīng)力過高集中。

1.3.極好的加工切削特點(diǎn)

其擁有的切削速度要比其它金屬大。例如鎂合金切削需要的功率是1，而鋁是1.8，鑄鐵是3.5。因?yàn)槠涞姆€(wěn)定性極高，加工鎂合金尺寸需要極高的精度。

1.4.鎂合金導(dǎo)

良好的熱性，較強(qiáng)的抗磁干擾能力，廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、電子和通訊行業(yè)中。

1.5.鎂元素

儲(chǔ)藏最豐富的元素，同時(shí)鎂合金方便進(jìn)行回收，因此，假如可以在生產(chǎn)中成功應(yīng)用鎂合金，不但能夠節(jié)約成本，還可以有效節(jié)省資源，對(duì)環(huán)境積極保護(hù)，促使人類健康發(fā)展。

1.6.鎂合金

耐腐蝕性不佳，其氧化膜不同于氧化鋁膜，不夠致密，不能對(duì)內(nèi)部金屬產(chǎn)生的腐蝕進(jìn)行保護(hù)。但是由于迅速發(fā)展的表面技術(shù)以及不斷開發(fā)的新型鎂合金，逐漸解決了較差耐腐蝕性的問題。

2.鎂的高壓鑄造工藝

2.1.重力與低壓鑄造

重力鑄造是指在地球重力作用下金屬液注入鑄型的工藝，也稱為砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造、消失模鑄造等，低壓鑄造是指壓力作用下在型腔中填充液體金屬，最終產(chǎn)生鑄件工藝。

重力與低壓鑄造工藝非常適合生產(chǎn)復(fù)雜的幾何形狀的中小型鎂合金鑄件，更加有利于薄壁大型成形鑄件，幾乎全部的鎂合金鑄造都能夠利用重力與低壓鑄造工藝生產(chǎn)。

2.2.壓鑄

常常將壓鑄工藝稱為高壓壓力鑄造，這一鑄造過程凸顯了精密性。壓鑄鎂合金的優(yōu)點(diǎn)就是壁薄、近終形狀、極高的鑄造速度和鑄模時(shí)間長、優(yōu)良的形成性和較高的生產(chǎn)效率等。在壓鑄方面鎂合金的優(yōu)點(diǎn)為：較低的液粘度、良好的流動(dòng)性，鑄件容易充型，很小的鑄造斜度，鑄件尺寸具有很高的精度，熔點(diǎn)與結(jié)晶的低潛熱，壓鑄過程中沖蝕模具程度較小，其模具使用時(shí)間較長，壓鑄需要的周期較短。鎂合金壓鑄包含了兩種方式，分別有熱室與冷室，重點(diǎn)要看鑄件的厚度，通常在薄壁鑄件中應(yīng)用熱室壓鑄。當(dāng)前93%都是采用壓鑄方法制造了鎂合金工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件。但是鎂合金卻很少用于壓鑄，相較于重力鑄造合金，壓鑄鎂合金數(shù)量比較少。

注射量控制是對(duì)鎂合金壓鑄成本進(jìn)行降低的方法之一。當(dāng)前先進(jìn)科學(xué)的真空壓鑄和充氧壓鑄，將出型腔中的氣體抽出對(duì)壓鑄件內(nèi)的氣孔進(jìn)行減少或者消除最終與合金中的氣體積實(shí)施溶解，相較于傳統(tǒng)的壓鑄技術(shù)，在對(duì)鑄造鎂合金壓鑄件的缺陷進(jìn)行消除以及提高力學(xué)功能和內(nèi)在質(zhì)量上這些技術(shù)具有很大的優(yōu)勢。

2.3.半固態(tài)鑄造

半固態(tài)是指合金內(nèi)不但產(chǎn)生了球團(tuán)狀固相還出現(xiàn)了流體液相。這一工藝成形溫度低，收縮凝固小，成形零件高精度，質(zhì)量良好。生產(chǎn)與應(yīng)用鎂合金半固態(tài)加工技術(shù)包括鑄造流變、鑄造觸變惡化觸變成形注射，具體應(yīng)用觸變成形的方法。這一工藝的優(yōu)勢在于：較低的成形溫度；較低的保溫時(shí)間，更少的熱疲勞，極少的熱腐蝕；在高溫時(shí)有效避免鎂合金發(fā)生腐蝕與燃燒；液體固化極少，因此限制了收縮孔隙；縮短了周期。

3.高壓鑄造的合金研制

3.1.合金元素

合金的蠕變性能積極改善降低沖擊作用所需要的性能。含有合金元素越高，鋁的含量也就越高，更加容易變脆。但是AE合金表現(xiàn)出了極好的抗蠕變性以及延展性，進(jìn)一步能夠比擬鋁含量相同的AM合金。合金優(yōu)異性能的顯微組織特點(diǎn)是，與金屬之間的相組織形成于樹晶軸間與晶粒邊界上并且體現(xiàn)為片狀結(jié)構(gòu)。這一粗大晶?？梢援a(chǎn)生牢固的不易變形的隔離層，在集中應(yīng)力較小的情況下這種片狀結(jié)構(gòu)的金屬容易張開內(nèi)裂紋，發(fā)生變形，在裂紋界面上出現(xiàn)錯(cuò)位的聚焦。

3.2.AE系合金的性能

3.2.1_機(jī)械性能

將合金元素加入鎂合金之后，對(duì)其進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的屈服極限會(huì)由于下降的伸長率而提升。在一些鎂合金中，這一損失比要小于其他合金。AE合金的伸長率和強(qiáng)度是最好的匹配。

針對(duì)4種鎂合金與A380標(biāo)準(zhǔn)的鋁合金來講，在正常室溫下它們的應(yīng)力和形變之間的關(guān)系曲線類似，但是它們的伸長率不同。相較于應(yīng)用在傳動(dòng)零件制造的鋁合金，全部鎂合金都體現(xiàn)出了極好的拉伸性。并且AE44合金的各種機(jī)械性能之間的匹配度最佳。

在溫度較高的情況下，斷裂AE44合金會(huì)增大伸長率，下降了強(qiáng)度極限。一般，在高溫下AE44合金表現(xiàn)了極好的屈服極限，而塑性在一40℃與+200℃范圍內(nèi)表現(xiàn)最好。

3.2.2.蠕變極限

為了對(duì)蠕變極限進(jìn)行測定，拉伸試驗(yàn)及溫度不同的試驗(yàn)在恒定負(fù)荷與不同負(fù)荷下進(jìn)行。例如，在不同負(fù)荷150℃下進(jìn)行試驗(yàn)，時(shí)間決定了總體形變，并且重復(fù)試驗(yàn)也體現(xiàn)出反應(yīng)的材料差異。有時(shí)為了實(shí)行蠕變?cè)囼?yàn)，需要在一定溫度下增加載荷。最佳的鎂合金能夠體現(xiàn)出與A380合金接近的蠕變極限性能，AE合金潛力巨大。

4.結(jié)束語

當(dāng)今不斷涌現(xiàn)的各種高新技術(shù)，發(fā)展速度極快。高新技術(shù)逐漸增加了對(duì)傳統(tǒng)工藝的影響，這也是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。傳統(tǒng)的鑄造產(chǎn)業(yè)，在一定程度上其發(fā)展水平對(duì)制造業(yè)的發(fā)展造成了限制與影響。鎂鑄造也緊密聯(lián)系高新技術(shù)將是對(duì)傳統(tǒng)的鑄造業(yè)的重要改革。新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用有效提高了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)本身的競爭能力，也是企業(yè)未來的重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]余繼志.淺談鎂合金壓鑄的歷史、現(xiàn)狀和未來[_T_.特種鑄造及有色合金，2009，（2）

[2]曾大本，培杰.鎂合金壓鑄業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].鑄造，2009，（2）

作者簡介：

曹海春（1979），男，籍貫：福建福清人，職稱：中級(jí)工程師，學(xué)歷：碩士，主要研究方向：機(jī)械及其自動(dòng)化。