鎂合金成型工藝小結(jié)

1、目錄目錄 引言 鎂合金傳統(tǒng)成形工藝研究現(xiàn)狀 鎂合金新型成形工藝引言引言 鎂是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其密度僅為1.74g/cm3。由于鎂合金質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減振性好，還具有優(yōu)良的切削加工性能，在汽車、電子和航空航天工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。 鎂合金的分類按成形工藝的不同可劃分為鑄造鎂合金與變形鎂合金， 二者在成分、組織以及性能上都存在著比較大差異。鑄造鎂合金主要應(yīng)用于汽車零件、機(jī)件殼罩和電氣構(gòu)件等。鑄造鎂合金主要通過壓鑄工藝來生產(chǎn)，它的主要工藝特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高精度高、鑄態(tài)組織良好、鑄件表面質(zhì)量高、可生產(chǎn)薄壁及外形復(fù)雜的制品等。變形鎂合金主要用來生產(chǎn)鎂合金板、擠壓件、鍛件等，主要

2、用于結(jié)構(gòu)件。變形鎂合金的力學(xué)性能與加工工藝、熱處理狀態(tài)等關(guān)系很大的，變形鎂合金，一般是通過熔鑄以后取得坯料，將坯料通過鍛造、軋制、擠壓等工藝，進(jìn)行變形而獲得的管材、型材、板材及制品，因而命名為變形鎂合金。鎂合金傳統(tǒng)成形工藝研究現(xiàn)狀鎂合金傳統(tǒng)成形工藝研究現(xiàn)狀 鎂合金的鑄造工藝 鎂合金擠壓成形工藝 鎂合金鍛造成形工藝 鎂合金軋制成形工藝 鎂合金的沖壓成形工藝 鎂合金的拉拔成形工藝鎂合金的鑄造工藝鎂合金的鑄造工藝 鑄造工藝主要有重力鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、精密鑄造、消失模鑄造、擠壓鑄造等。 傳統(tǒng)的壓鑄技術(shù)使鎂合金液以高速的紊流和彌散狀態(tài)充填狀態(tài)充填壓鑄型腔，使型腔內(nèi)的氣體及由壓鑄涂料產(chǎn)生的氣體無(wú)法

3、順利排出，這些氣體在高壓下或者溶解在壓鑄合金內(nèi)，或者形彌散分布在壓鑄件內(nèi)的高壓微氣孔。在高溫下，這些高壓下溶解的氣體和微氣孔析出或膨脹導(dǎo)致鑄件變形和表面鼓泡。因此用傳統(tǒng)的壓鑄方法生產(chǎn)的鎂合金壓鑄件，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，也不能在較高溫度下使用。鎂合金的擠壓成型工藝鎂合金的擠壓成型工藝 鎂合金可以在油壓機(jī)上通過等溫?cái)D壓和熱擠壓成棒材、管材，以及具有各種截面形狀的結(jié)構(gòu)型材。隨著加工方法的進(jìn)步，擠壓態(tài)鎂合金型材呈現(xiàn)出越來越復(fù)雜化、整體化、大型化的發(fā)展特點(diǎn)，這也是軌道交通及航空航天業(yè)用型材的要求。 重慶大學(xué)在2013年對(duì)鎂合金型材的在汽車及軌道交通上的應(yīng)用做了進(jìn)一步的深入研究。其設(shè)計(jì)了一款中空薄壁型材產(chǎn)

4、品，并利用AZ31鎂合金進(jìn)行加工生產(chǎn)，利用有限元仿真模擬方法對(duì)擠壓成形過程進(jìn)行模擬，并對(duì)成形過程中的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析，以摸索該鎂合金型材的成形工藝成形過程中組織變化規(guī)律。該課題的對(duì)變形鎂合金工業(yè)化生產(chǎn)推廣提供工藝借鑒作用以及理論指導(dǎo)作用。特種型材的橫截面圖鎂合金鍛造成形工藝鎂合金鍛造成形工藝 鎂合金的可鍛性取決于固相線、變形速率和晶粒度等3個(gè)因素。等溫鍛造是鎂合金的主要鍛壓成形工藝。鎂合金導(dǎo)熱系數(shù)很大，為鋼的兩倍，鍛造溫度范圍窄，接觸模具降溫很快，塑性降低，變形抗力增大，充填性能下降，因此適合等溫鍛造成形。采用等溫鍛造工藝成功地成形了復(fù)雜的鎂合金飛機(jī)上機(jī)匣，是我國(guó)目前最大的鎂合金模鍛件。鎂合金

5、軋制成形工藝鎂合金軋制成形工藝 通過軋制獲得變形鎂合金板材是變形鎂合金材料最重要的生產(chǎn)方式。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鎂合金的軋制成形工藝已做了較多的深入研究，但仍有一些問題尚未解決：（1）現(xiàn)階段很多軋制技術(shù)尚未在鎂合金的實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用很多技術(shù)還處在實(shí)驗(yàn)室階段還不是十分成熟。需探究鎂合金的塑性變形機(jī)理和軋制原理。改善軋制工藝或方式。（2）繼續(xù)深人研究鎂合金板材軋制中晶粒細(xì)化機(jī)制以及織構(gòu)控制理論，以提高板材的兩次成形性能。（3）推廣鎂合金板板材大量應(yīng)用的主要難關(guān)是價(jià)格太貴，為進(jìn)一步提高鎂合金板材產(chǎn)品的綜合市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，需進(jìn)一步加強(qiáng)與工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的理論研究。鎂合金的沖壓成形工藝鎂合金的沖壓成形工藝 鎂

6、合金薄板沖壓成形工藝主要包含拉深、彎曲、翻邊、縮口、擴(kuò)口、脹形以及特種成形等，沖壓成形時(shí)材料主要是通過伸長(zhǎng)和壓縮兩大類變形性質(zhì)發(fā)生變形的。目前鎂合金沖壓成形工藝研究主要集中于拉深成形，主要包含等溫拉深、差溫拉深等。 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鎂合金沖壓成形技術(shù)的研究已經(jīng)取得一定成果，但離工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)還有很大的距離研究成果也主要局限于沖壓成形工藝方面，對(duì)鎂合金沖壓成形模具及裝備方面涉及較少。為了進(jìn)一步提高鎂合金沖壓成形性能擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍。今后可在以下幾個(gè)方面開展研究工作： （1）必須加強(qiáng)鎂及其合金的沖壓變形機(jī)理研究。建立完備的鎂合金沖壓成形理論體系。（2）借鑒傳統(tǒng)鋼鐵材料的沖壓成形工藝，研究開發(fā)新的

7、鎂合金沖壓成形工藝，并與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合形成數(shù)字化、可控化、智能化的鎂合金沖壓系統(tǒng)，預(yù)測(cè)鎂合金薄板成形能力，優(yōu)化鎂合金沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。（3）根據(jù)鎂合金的性能特點(diǎn)，對(duì)沖壓成形模具的幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)鎂合金專用成形模具材料，提高其成形能力，制造出結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、精度更高的鎂合金沖壓件。（4）研究開發(fā)鎂合金沖壓專用設(shè)備。鎂合金的拉拔成形工藝鎂合金的拉拔成形工藝 拉拔是坯料在牽引力作用下通過?？桌?，使之產(chǎn)生塑性變形而得到截面縮小、長(zhǎng)度增加的工藝。對(duì)鎂合金而言，拉拔成形過程中材料處于一向拉應(yīng)力二向壓應(yīng)力的狀態(tài)，對(duì)其塑性的發(fā)揮不利，因此鎂合金難以在冷態(tài)下進(jìn)行拉拔成形。

8、但通過升高溫度、細(xì)化晶粒等技術(shù)手段可以改善鎂合金的塑性，實(shí)現(xiàn)鎂合金絲的拉拔成形，因此，鎂合金絲的拉拔成形技術(shù)的研究逐漸受到關(guān)注。 近年來一些科技工作者的研究結(jié)果表明，在鎂合金拉拔過程中引入電磁場(chǎng)、電脈沖等新的技術(shù)手段可以使鎂合金坯料的溫度快速升高、晶粒細(xì)化，從而大幅提高鎂合金的塑性，實(shí)現(xiàn)鎂合金絲的拉拔成形，因此，在外場(chǎng)作用下生產(chǎn)效率極高的拉拔成形新技術(shù)不久后有望在鎂合金絲的制備過程中得到廣泛的研究和應(yīng)用。鎂合金新型成形工藝鎂合金新型成形工藝 鎂合金的半固態(tài)注射成形 鎂合金的超塑性成形 鎂合金鑄造成形新技術(shù) 鎂合金其他新型成型技術(shù)鎂合金的半固態(tài)注射成形鎂合金的半固態(tài)注射成形 鎂合金的注射成形為“

9、一步法”，是鎂合金液態(tài)成形中的前沿技術(shù)。這種技術(shù)成形溫度低(比鎂合金壓鑄溫度約低100 )，產(chǎn)品表面質(zhì)量高，可成形超輕薄件，尺寸精準(zhǔn)，重復(fù)性好，不需要熔煉爐，而且安全性高，且勞動(dòng)環(huán)境好。鎂合金的半固態(tài)注射成形分為半固態(tài)流變注射成形和半固態(tài)觸變注射成形。（1）半固態(tài)流變注射成型 液態(tài)金屬依靠重力從融化及保溫爐中進(jìn)人攪拌筒體，然后在螺旋的攪拌作用下玲卻至半固態(tài)，半固態(tài)金屬液由注射裝置完成注射成型(見圖a）。圖a 半固態(tài)流變注射示意圖半固態(tài)流變注射成型的特點(diǎn)：金屬以液態(tài)供料，原料可以是錠、棒、回爐料等，節(jié)省了材料的預(yù)處理的成本；液態(tài)金屬中的氣體易析出，從而制件中的空隙率低致密度高；“一步法”過程簡(jiǎn)單

10、，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。當(dāng)前，鎂合金流變注射成形的最新成果是雙螺旋攪拌式流變注射成形。這種設(shè)備可以獲得很高的剪切速率，因而初生晶可直接生長(zhǎng)為球形。（2）半固態(tài)觸變注射成形 將普通鑄造鎂或鎂合金錠坯切削成軸長(zhǎng)為36mm的粒狀料，加入料斗內(nèi)，粒料在給料器和螺旋作用下前進(jìn)積累在螺旋前端并加熱至半固態(tài)。最后在注射缸作用下，半固態(tài)金屬液經(jīng)由噴嘴注射人模具內(nèi)成型(見圖b)。圖b 半固態(tài)觸變注射成形示意圖 該方法的優(yōu)點(diǎn)是成型溫度低、制件的空隙率低、尺寸精度高、重復(fù)性好。 目前，日本鋼鐵廠(JSW)和哈士奇(Husky)兩家公司已開發(fā)出第二代觸變注射成型機(jī)，廣泛用于生產(chǎn)汽車零部件。鎂合金的超塑性成形鎂合金的超塑性成

11、形 按獲得超塑性的條件，超塑性可歸為兩大類：細(xì)晶超塑性和相變超塑性。（1）細(xì)晶超塑性 細(xì)晶超塑性又稱組織超塑性，是指具有微細(xì)等軸晶粒組織的材料在一定溫度區(qū)間和一定應(yīng)變速率范圍內(nèi)呈現(xiàn)的超塑性。鎂臺(tái)金超塑性成型的核心在晶粒的微細(xì)化上，這主要是通過劇塑性成形(SPD)獲得。（2）相變超塑性 相變超塑性是指金屬材料在一定相變的溫度范圍內(nèi)和載荷作用下，經(jīng)多次循環(huán)相變或同索異構(gòu)轉(zhuǎn)變而獲得的累積大延伸變形。這種超塑性不要求材料具備微細(xì)等軸晶組織，只要求材料發(fā)生相變，因而又稱轉(zhuǎn)變超塑性或動(dòng)態(tài)超塑性。目前，在鎂舍金相變超塑性方面研究較少。 2010年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)者通過氣脹成形實(shí)驗(yàn)研究細(xì)晶 AZ31 鎂合金

12、的超塑成形性能，確定使鎂合金具備最佳超塑成形的溫度。并通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡觀察細(xì)晶 AZ31 鎂合金在超塑變形中的微觀組織演變、表面形貌、空洞行為和斷裂行為，分析該合金在不同變形條件下的硬化機(jī)制、軟化機(jī)制和變形機(jī)理。氣脹成形模具氣脹成形原理：將一定厚度的 AZ31 鎂合金板材夾在上、下模具之間，墊上密封材料和絕緣材料，然后將板材與電極相連，通上電流。待鎂合金板材溫度升高到超塑成形溫度后，通入一定壓力的氬氣，使板材能在一定溫度和壓力條件下氣脹成形， 得到一定高度與厚度的脹形件， 等待脹形件冷卻到室溫后將其取出。超塑成形裝置示意圖鎂合金鑄造成形新技術(shù)鎂合金鑄造成形新技術(shù) 鎂合金擠壓鑄造 鎂合金

13、的真空壓鑄與充氧壓鑄 鎂合金的其他新型鑄造成形技術(shù)鎂合金擠壓鑄造鎂合金擠壓鑄造 擠壓鑄造法又稱高壓鑄造或液態(tài)鍛造法，可分為直接擠壓鑄造和間接擠壓鑄造。是一種集鑄造和鍛造特點(diǎn)于一體的新工藝，可以說是金屬型鑄造和模鍛的復(fù)合。 該方法是利用機(jī)械壓力將液態(tài)金屬以低速(0.50.1m/s)層流狀態(tài)填充于鑄型的型腔內(nèi)(鑄型溫度一般為200300，澆注時(shí)過熱度一般為30140)，然后對(duì)液態(tài)金屬施加較高的機(jī)械壓力(50 MPa，一般為50100 MPa)，直至凝固終了，從而獲得毛坯的一種成型工藝方法。此工藝的產(chǎn)品具有組織致密、晶粒細(xì)化、尺寸精度高、表面粗糙度低及高的強(qiáng)度和硬度等特點(diǎn)，特別適合高品質(zhì)鎂合金產(chǎn)品。

14、鎂合金的真空壓鑄與充氧壓鑄鎂合金的真空壓鑄與充氧壓鑄（1）真空壓鑄法 真空壓鑄與常見鑄造的最大不同在于壓鑄時(shí)先抽空型腔內(nèi)的氣體，以減小或消除壓鑄件內(nèi)氣孔和溶解氣體，提高壓鑄件的綜合力學(xué)性能和表面質(zhì)量。目前已成功地用該方法生產(chǎn)出了AM60B的汽車輪轂、方向盤零件，其鑄件伸長(zhǎng)率由8提高至16（2）充氧壓鑄法 充氧壓鑄又稱無(wú)氣孔壓鑄，此方法的特點(diǎn)是在充型前將氧氣和其他活性氣體充入型腔以置換空氣，型腔內(nèi)的活性氣體與金屬液反應(yīng)生成彌散分布的金屬氧化物，從而消除壓鑄件內(nèi)氣體和氣孔。這方面的應(yīng)用如日本輕金屬用充氧壓鑄方法生產(chǎn)出了計(jì)算機(jī)鎂合金整體磁頭支架、汽車輪轂等產(chǎn)品。鎂合金的其他新型鑄造成形技術(shù)鎂合金的其

15、他新型鑄造成形技術(shù)（1）低壓鑄造 低壓鑄造主要運(yùn)用于生產(chǎn)高致密度有色合金鑄件的特種鑄造方法。這項(xiàng)技術(shù)廣泛用于生產(chǎn)高質(zhì)量、輕合金薄壁件。（2）差壓鑄造 差壓鑄造是對(duì)低壓鑄造技術(shù)的發(fā)展，和低壓技術(shù)的主要區(qū)別在于在金屬液面和型腔形成壓力。目前，該技術(shù)的最新發(fā)展是真空旋轉(zhuǎn)法差壓鑄造。（3）熔模鑄造 熔模鑄造又稱失蠟法，通常是在蠟?zāi)１砻嫱可蠑?shù)層耐火材料，待其硬化干燥后，將其中的蠟?zāi)Ｈ廴ザ瞥尚蜌ぃ俳?jīng)過焙燒，然后進(jìn)行澆注，而獲得鑄件的一種方法。當(dāng)前，在鎂合金方面主要是生產(chǎn)一些壁非常薄，而且對(duì)表面粗糙度和尺寸公差要求非常嚴(yán)格的零件。（4）消失模鑄造 消失模鑄造又稱實(shí)型鑄造，是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在千石英砂中振動(dòng)造型，在負(fù)壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。鎂合金消失模鑄造是一種先進(jìn)材料加工的新技術(shù)，在汽車復(fù)雜零件制造方面將顯示它巨大的優(yōu)越性。（5）殼型鑄造 殼型鑄造的工藝過程是用一種遇熱硬化的型砂覆蓋在加熱的金屬模板上，使其硬化為薄殼，薄殼厚度一般為612mm，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，因此將上下兩片型殼用夾具卡緊或用樹脂粘牢后，不用砂箱即可構(gòu)