鎂合金擠壓鑄造工藝問題及改善措施

白潔1 陳博宇

摘要：擠壓鑄造或液態(tài)模鍛是一種生產(chǎn)高致密度、可熱處理強(qiáng)化鑄件的工藝。不斷完善鎂合金的擠壓鑄造技術(shù)，能夠有效提升鎂合金鑄件的質(zhì)量和性能，對(duì)促進(jìn)鎂合金擠壓鑄造行業(yè)的發(fā)展，具有重要作用。本文在對(duì)鎂合金間接擠壓鑄造存在的工藝問題，例如：氣孔、斷裂和冷夾層等產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并提出了相關(guān)解決措施，以期為相關(guān)人士提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：鎂合金；擠壓鑄造；液態(tài)模鍛

前言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)一步提升，鎂合金被廣泛應(yīng)用到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，呈現(xiàn)迅猛的發(fā)展勢(shì)頭。不算完善鎂合金的擠壓鑄造工藝，能夠有效縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，節(jié)省人力物力資源。但由于鎂合金的氧化能力強(qiáng)和抗腐蝕性差的特點(diǎn)，使得鎂合金在擠壓鑄造過程中容易產(chǎn)生氣孔等缺陷。因此，優(yōu)化鎂合金的擠壓鑄造技術(shù)，對(duì)促進(jìn)鎂合金擠壓鑄造行業(yè)的發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、 鎂合金擠壓鑄造工藝問題分析

（一）在擠壓鑄造過程中出現(xiàn)的氣孔現(xiàn)象

與傳統(tǒng)的鎂合金鑄造方法相比，擠壓鑄造能夠使鎂合金鑄件慢速充型然后再在高壓的作用下結(jié)晶，因此擠壓鑄造工藝本身可以降低氣體卷入，但氣孔現(xiàn)象在擠壓鑄造過程中仍會(huì)發(fā)生。擠壓鑄造模具澆道附近是最容易出現(xiàn)氣孔的地方，氣孔分布較為均勻，呈現(xiàn)軸線性的分布特征，而且氣孔數(shù)量隨著距離澆口處距離增大而不斷減少數(shù)量，氣孔的大小也會(huì)呈現(xiàn)依次遞減的趨勢(shì)。分析原因可知，如果擠壓鑄造模具或澆道設(shè)計(jì)不合理，金屬液對(duì)模具型腔直接的沖擊仍然可以卷入氣體。同時(shí)，擠壓鑄造模具的溢流、排氣孔的大小和排布不合理，也會(huì)降低排氣效果，在鎂合金鑄件表面形成氣孔[1]。

（二） 在擠壓鑄造過程中容易出現(xiàn)冷隔與充型不良現(xiàn)象

受油壓機(jī)出缸速度和合模、鎖模等因素的綜合作用，被擠壓鑄造的鎂合金液體只能在壓力較小的情況下對(duì)擠壓鑄造模具進(jìn)行填充鑄型，因而鎂液的凝固只能受瞬時(shí)的壓力作用，因此，在擠壓鑄造鎂合金鑄件的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)冷隔的現(xiàn)象。如果擠壓鑄造模具的澆注溫度過低，則會(huì)導(dǎo)致鎂液因加壓時(shí)間過長而引起的充型不良現(xiàn)象。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，鎂液的澆筑溫度應(yīng)控制在690℃到720℃之間較為合理。鎂液的澆筑溫度過高，容易產(chǎn)生縮孔現(xiàn)象。鎂液的澆筑溫度過高，則會(huì)導(dǎo)致鎂液的凝固。

（三） 在擠壓鑄造過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象

在鎂合金擠壓鑄造過程中，經(jīng)常出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，缺陷位置一般在擠壓鑄造模具型腔底部的過度圓角處。究其原因，有以下兩個(gè)方面：首先，在圓角處收縮不均勻，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致開裂現(xiàn)象的發(fā)生。其次，加壓不足使鎂合金鑄件得不到補(bǔ)縮。最后，鎂合金鑄件的出型時(shí)間過早，也導(dǎo)致鑄件與模具型腔之間產(chǎn)生較大的應(yīng)力，造成鑄件的開裂。

（四） 在擠壓鑄造過程中容易出現(xiàn)冷夾層現(xiàn)象

經(jīng)過擠壓鑄造的鎂合金鑄件，在實(shí)際應(yīng)用過程中也常常出現(xiàn)強(qiáng)度不足或滲漏現(xiàn)象，其中有一種原因是由于模具內(nèi)澆道附近形成了破斷的激冷層所致。在鎂合金的充型過程中，壓室中的鎂合金液在室壁上由于激冷作用會(huì)而產(chǎn)生凝固層，凝固層的破斷相有可能會(huì)被帶入型腔在鑄件凝固后形成冷夾層。由于冷夾層表面的氧化作用，使得冷夾層不能與鎂液進(jìn)行充分融合，在鎂合金鑄件中間呈現(xiàn)獨(dú)立存在的形式，具體表現(xiàn)為在鑄件中產(chǎn)生一條裂縫，嚴(yán)重影響了鎂合金鑄件的強(qiáng)度和質(zhì)量[2]。

二、 鎂合金擠壓鑄造工藝問題解決措施

（一） 提升擠壓鑄造模具的溫度

提升模具溫度有利于適當(dāng)降低鎂液的填充速度。一般可通過增加內(nèi)澆道面積、增大溢流排氣通道尺寸的方式降低鎂液填充速度和提升排氣的效率，將鎂液充填速度控制在1.5m/s左右為宜，具體可根據(jù)鑄件尺寸和復(fù)雜程度決定。其次，要對(duì)擠壓鑄造模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過擴(kuò)大過渡圓角的方式，減少鎂合金鑄件的應(yīng)力。另外，如果擠壓鑄造模具的溫度達(dá)不到規(guī)定的要求，還會(huì)使脫模劑水分殘留較大，難以使鑄件表面光滑，這將對(duì)鎂合金鑄件的表面質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。因此，要適當(dāng)提升擠壓鑄造模具的溫度，并將其控制在合理范圍內(nèi)，降低脫模劑的水分含量，使其能夠形成光滑的鎂合金鑄件表面，有利于鎂合金鑄件質(zhì)量的提升。

（二） 合理控制鎂液的澆注溫度

鎂液的澆注溫度過低和過高都會(huì)對(duì)鎂合金鑄件的成型造成一定影響。為了提升鎂合金產(chǎn)品的質(zhì)量，不但要選擇合理的模具文圖，還要嚴(yán)格控制鎂液的澆注溫度。研究表明，對(duì)于一般的鎂鋁系合金，將鎂液的澆注溫度控制在700℃和720℃之間，將模具溫度控制在200℃左右較為合理。

另外，要適當(dāng)增加充填后的加壓速度。由于充型后的鎂液只能在瞬間有比較理想的壓力傳遞通道，隨著時(shí)間延長，先凝固相會(huì)阻礙壓力傳遞，會(huì)造成遠(yuǎn)離澆口的地方的壓力補(bǔ)縮受阻，從而會(huì)降低鎂合金鑄件的致密性和性能，因此，加壓的速度越快越好。

為了消除擠壓鑄造過程中出現(xiàn)縮孔，應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件，合理控制澆注溫度。例如，當(dāng)澆注溫度過高時(shí)，容易產(chǎn)生收縮缺陷，例如縮松和縮孔。因此，應(yīng)及時(shí)采取措施，通過降低澆注溫度的方式，降低縮松和縮孔現(xiàn)象的發(fā)生，從而確保鎂合金鑄件的質(zhì)量。

（三） 采用機(jī)械方法消除冷夾層

受壓室溫度和澆注溫度綜合作用的影響，鎂合金擠壓鑄件的內(nèi)部容易出現(xiàn)冷夾層。因此，應(yīng)依據(jù)冷夾層產(chǎn)生的原因，采取科學(xué)合理的處理措施，降低冷夾層產(chǎn)生的概率。例如，在實(shí)際的擠壓鑄造過程中，將壓室溫度控制在合理的范圍，能夠顯著降低冷夾層的厚度，為冷夾層的重熔奠定良好基礎(chǔ)。如果因澆注溫度過低產(chǎn)生冷夾層，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)高澆注的溫度，以防止冷夾層產(chǎn)生。同時(shí)，可以采用機(jī)械方法消除冷夾層。例如，可以在壓室的壓套上設(shè)置擋圈，擋環(huán)的直徑應(yīng)小于壓室的直徑，并通過在擋環(huán)兩頭增加壓頭的方式，確保冷夾層能在壓力的作用下粉碎，防止其進(jìn)入型腔，為冷夾層的重熔奠定了良好基礎(chǔ)。

（四） 選擇質(zhì)地優(yōu)良的鎂合金擠壓鑄造材料

在擠壓鑄造作用下，鎂合金材料的內(nèi)部會(huì)發(fā)生物理變化，材料會(huì)發(fā)生彈性形變，隨著應(yīng)力的不斷增大，鎂合金的材料會(huì)發(fā)生塑性形變，最終會(huì)因材料達(dá)到應(yīng)力的承受極限而發(fā)生斷裂。鎂合金在常溫條件下的塑性較差，因此，要合理進(jìn)行鎂合金材料的選擇，尤其要注意選擇純度較高的鎂合金材料。另外，要定期進(jìn)行除渣工作，以防止二次夾雜物進(jìn)入到鑄件中。

三、結(jié)論

通過以上分析可知，在改善鎂合金擠壓鑄造工藝的過程中，適當(dāng)提升擠壓鑄造模具溫度，選擇質(zhì)地優(yōu)良的鎂合金擠壓鑄造材料，合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是獲得優(yōu)質(zhì)鎂合金擠壓鑄件的前提。在此基礎(chǔ)上，合理控制鎂液的澆注溫度，采用機(jī)械方法消除冷夾層，有利于消除鎂合金擠壓鑄造件的內(nèi)部和外部缺陷，進(jìn)而提升鎂合金產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸國楨，王強(qiáng)，張治民，袁國.鎂合金擠壓鑄造成形技術(shù)的研究進(jìn)展[J].熱加工工藝，2012，4115：86-89+94.（2012-08-13）[2017-08-11].

[2]劉瑩，王炳德，王忠堂.擠壓鑄造變形對(duì)鎂合金組織與力學(xué)性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2011，3205：51-54.[2017-08-11].

課題項(xiàng)目：“天津市鎂合金型材擠壓成型技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”籌備組資助項(xiàng)目

作者簡介：：白潔（1984.06--）；性別：女，籍貫：甘肅省秦安縣，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于河北大學(xué)；研究方向：項(xiàng)目管理、供應(yīng)鏈管理；

第二作者 姓名：陳博宇（1986.03--）；性別：男，籍貫：天津市河北區(qū)，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于中國國際經(jīng)濟(jì)學(xué)院；研究方向：運(yùn)營管理；