鎂合金開(kāi)發(fā)研究的國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)

鎂合金開(kāi)發(fā)研究的國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)

1鎂合金成形技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀及前景鎂合金是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。它具有比例輕、強(qiáng)度高、剛性強(qiáng)、強(qiáng)度高、耐磁性、導(dǎo)熱性好、切割加工加工好、導(dǎo)電性好、耐磁性等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，它在汽車工業(yè)、通信工業(yè)和航空行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，全球鎂合金產(chǎn)量達(dá)到20%，顯示出總體應(yīng)用前景。與鋁合金相比,鎂合金的研究和發(fā)展還很不充分,鎂合金的應(yīng)用也還很有限。目前,鎂合金的產(chǎn)量只有鋁合金的1%。鎂合金作為結(jié)構(gòu)應(yīng)用的最大用途是鑄件,其中90%以上是壓鑄件。限制鎂合金廣泛應(yīng)用的主要問(wèn)題是,鎂合金在熔煉和加工過(guò)程中極容易氧化燃燒,因此,鎂合金的生產(chǎn)難度很大;鎂合金的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟和完善,特別是鎂合金成形技術(shù)就更有待進(jìn)一步發(fā)展;鎂合金的耐蝕性較差;現(xiàn)有工業(yè)鎂合金的高溫強(qiáng)度、蠕變性能較低,限制了鎂合金在高溫(150~350℃)場(chǎng)合的應(yīng)用;鎂合金的常溫力學(xué)性能,特別是強(qiáng)度和塑韌性有待進(jìn)一步提高;鎂合金的合金系列相對(duì)很少,變形鎂合金的研究開(kāi)發(fā)嚴(yán)重滯后,不能適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求。鎂合金的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用優(yōu)勢(shì),引起了許多國(guó)家的政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對(duì)鎂合金及其成形技術(shù)的高度重視,投入了大量人力、財(cái)力進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究,并取得了顯著效果。為了提高鎂合金及其制品的質(zhì)量,鎂合金的熔煉技術(shù)、高性能鎂合金材料及其先進(jìn)成形技術(shù)的開(kāi)發(fā)、鎂合金表面處理技術(shù)等方面都取得了很大進(jìn)展,本文綜合評(píng)述了近年來(lái)全球鎂合金領(lǐng)域的研究發(fā)展動(dòng)態(tài)、鎂合金材料開(kāi)發(fā)、鎂合金成形技術(shù)的現(xiàn)狀和最新發(fā)展。2國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)2.1汽車及鎂合金的合作近年來(lái),北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼加大了對(duì)鎂合金開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究的投入。鎂合金應(yīng)用和研究重點(diǎn)開(kāi)始從宇航和兵工等領(lǐng)域擴(kuò)展到民用高附加值產(chǎn)業(yè)(如汽車、電腦、通信和家電等)。特別是由于節(jié)能和環(huán)境保護(hù)的要求,汽車將成為鎂合金應(yīng)用的重要領(lǐng)域。據(jù)報(bào)道,使用鎂合金結(jié)構(gòu)件每輛汽車有減重150kg的潛力,圍繞鎂合金材料的開(kāi)發(fā),爭(zhēng)奪國(guó)際商業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。為此,美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)都相繼出臺(tái)了各自的鎂研究計(jì)劃。例如,美國(guó)的Rheomolding項(xiàng)目重點(diǎn)是研究鎂合金件生產(chǎn)新工藝,并取得了一系列成果;德國(guó)1997年由聯(lián)邦政府出資2500萬(wàn)馬克的MADICA(MagnesiumDieCasting)鎂合金研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃,主要研究壓鑄鎂合金工藝、快速原型化與工具制造技術(shù)、切削加工技術(shù)、連接技術(shù)和半固態(tài)成形工藝,并將鎂合金應(yīng)用于諸如汽車、計(jì)算機(jī)、航空航天等領(lǐng)域,從而提高德國(guó)在鎂合金應(yīng)用方面的能力。1995年“澳大利亞鎂研究與發(fā)展計(jì)劃”(簡(jiǎn)稱AMRDP)的協(xié)作研究項(xiàng)目由昆士蘭金屬公司、聯(lián)邦政府和昆士蘭州政府聯(lián)合實(shí)施旨在發(fā)展鎂金屬制品的工業(yè)技術(shù)。目前,世界各國(guó)正在加大鎂及鎂合金的生產(chǎn)。1999年世界鎂的消耗在40萬(wàn)噸左右,預(yù)期在2005年以前將達(dá)到55萬(wàn)噸。鎂合金公司(MAC)正在剛果投資5.14億美元,建成一家世界上最大的年產(chǎn)6萬(wàn)噸的壓鑄鎂合金廠,并計(jì)劃于2003年建成投產(chǎn)。澳大利亞目前有9個(gè)鎂項(xiàng)目正在研究和發(fā)展建設(shè)中。另外,以色利、日本、德國(guó)、英國(guó)、荷蘭、俄羅斯等國(guó)家也已完成建新廠或正在擴(kuò)大已有工廠的生產(chǎn)能力。為了降低轎車自重以減少汽油消耗,提高轎車的使用性能,各大汽車公司對(duì)鎂合金在汽車中的應(yīng)用研究投入了極大的熱情,紛紛積極投資鎂合金冶煉基地,確保原材料的供應(yīng)。世界頭號(hào)汽車公司美國(guó)通用汽車公司與世界上第二大鎂業(yè)公司—挪威NorskHydro鎂業(yè)公司達(dá)成協(xié)議,就增加鎂合金在汽車上的應(yīng)用進(jìn)行長(zhǎng)期合作,NorskHydro鎂業(yè)公司將穩(wěn)定地長(zhǎng)期向通用汽車公司提供所需鎂合金和鎂合金零部件。鎂合金在電子器件中應(yīng)用的增長(zhǎng)就更快,日本松下、NEC、SONY以及歐洲、美國(guó)、臺(tái)灣等著名公司已經(jīng)用鎂合金制造便攜式電腦、手提電話、攝錄像機(jī)殼體,顯示出了極強(qiáng)的竟?fàn)幜Α?.2鎂合金產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀我國(guó)目前在鎂工業(yè)方面擁有三項(xiàng)“世界冠軍”。第一是鎂資源大國(guó),儲(chǔ)量居世界首位。在青海鹽湖蘊(yùn)藏著氯化鎂32億噸,硫酸鎂16億噸。在遼寧、山西、寧夏、內(nèi)蒙、河南等省區(qū)菱鎂礦均有很大儲(chǔ)量,僅遼寧大石橋一帶的儲(chǔ)量就占世界菱鎂礦的60%以上,礦石品位高達(dá)40%。第二是原鎂生產(chǎn)大國(guó),2003年我國(guó)共生產(chǎn)原鎂35.4萬(wàn)噸,約占全球總產(chǎn)量的67%。第三是出口大國(guó),年產(chǎn)量80%以上的鎂出口到國(guó)際市場(chǎng)。盡管如此,我國(guó)的鎂工業(yè)還存在著不少問(wèn)題,主要表現(xiàn)在:1)原鎂生產(chǎn)技術(shù)比較落后,質(zhì)量不夠穩(wěn)定,鎂錠中的夾雜物和有害元素含量大大超標(biāo),難以滿足壓鑄、板材軋制和沖壓等高端產(chǎn)品的生產(chǎn)需求;2)出口產(chǎn)品絕大多數(shù)是廉價(jià)的純鎂錠,鎂合金出口比重只有15%左右,鎂合金制品出口則更是微乎其微,因此出口利潤(rùn)低效益差,而對(duì)于軍工生產(chǎn)所需求的高性能鎂合金板材和型材還需要從俄羅斯進(jìn)口;3)原創(chuàng)性的研究成果缺乏,目前出口的所有鎂合金錠幾乎全部按照國(guó)外的牌號(hào)生產(chǎn),而且在鎂合金產(chǎn)品加工中的關(guān)鍵技術(shù)和裝備大部分依靠進(jìn)口。中國(guó)鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀是,鎂合金的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被許多企業(yè)所認(rèn)識(shí),在汽車、摩托車和3C產(chǎn)業(yè)中鎂合金已經(jīng)開(kāi)始獲得應(yīng)用,用戶包括如上汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海爾等,例如,一汽鑄造有限公司AM50鎂合金方向盤(pán)骨架;鎂合金壓鑄迅速增長(zhǎng),臺(tái)灣、香港和大陸投資的鎂壓鑄廠分布在幾乎全國(guó)各地,各種壓鑄機(jī)數(shù)量超過(guò)50臺(tái);變形鎂合金加工開(kāi)始起步。2000年3月,科技部啟動(dòng)了“鎂合金開(kāi)發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化”的前期戰(zhàn)略研究,并于2001年8月正式通過(guò)項(xiàng)目論證,將該項(xiàng)目列為“十五”國(guó)家科技攻關(guān)重大項(xiàng)目,國(guó)家投入經(jīng)費(fèi)4000余萬(wàn),全國(guó)共21個(gè)省市區(qū)的4個(gè)研究院所、7所高校、20多家企業(yè)直接參與了項(xiàng)目實(shí)施,最終目標(biāo)是充分發(fā)揮我國(guó)的鎂資源優(yōu)勢(shì),通過(guò)技術(shù)集成創(chuàng)新和機(jī)制與體制創(chuàng)新,加強(qiáng)鎂合金應(yīng)用開(kāi)發(fā),建立具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的鎂合金高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群,將鎂資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。在“863”計(jì)劃中,開(kāi)展了耐熱鎂合金、變形鎂合金、高強(qiáng)高韌鎂合金及其應(yīng)用技術(shù)研究。3鎂合金材料的新開(kāi)發(fā)3.1mg-al-zn、am系鎂合金的高溫性能耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一,當(dāng)溫度升高時(shí),它的強(qiáng)度和抗蠕變性能大幅度下降,使它難以作為關(guān)鍵零件(如發(fā)動(dòng)機(jī)零件)材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。美國(guó)、日本、加拿大、以色列等國(guó)家均將耐熱鎂合金的研究開(kāi)發(fā)作為重要的突破方向,其目標(biāo)是在不大幅度提高成本的前提下,提高鎂合金150-250℃下的高溫強(qiáng)度和蠕變性能,同時(shí),具有良好壓鑄性能和耐蝕性。目前最廣泛應(yīng)用的商業(yè)化AZ(Mg-Al-Zn)系、AM(Mg-Al-Mn)系Mg-Al基鎂合金的高溫蠕變性能較差,溫度高于150℃后的拉伸強(qiáng)度迅速降低。為改善Mg-Al基鎂合金的高溫性能,可以通過(guò)加入合金元素改善析出相的特性(晶體結(jié)構(gòu)、形態(tài)及熱穩(wěn)定性)來(lái)提高其耐熱性能。Mg-Al-Si(AS)系合金是德國(guó)大眾汽車公司開(kāi)發(fā)的壓鑄鎂合金。175℃時(shí),AS41合金的蠕變強(qiáng)度明顯高于AZ91和AM60合金。但是,AS系鎂合金由于在凝固過(guò)程中會(huì)形成粗大的漢字狀Mg2Si相,損害了鑄造性能和機(jī)械性能。研究發(fā)現(xiàn),微量Ca的添加能夠改善漢字狀Mg2Si相的形態(tài),細(xì)化Mg2Si顆粒,提高AS系列鎂合金的組織和性能。RE比Si能更有效地增大Mg-Al合金的蠕變強(qiáng)度,Mg-Al-RE系的AE42、AE41鎂合金具有比AS系鎂合金更高的蠕變強(qiáng)度,可以應(yīng)用于壓鑄,但是存在壓鑄時(shí)的粘模和成本增加問(wèn)題。從八十年代以來(lái),國(guó)外致力于利用Ca來(lái)提高鎂合金的高溫抗拉強(qiáng)度和蠕變性能。最近美國(guó)開(kāi)發(fā)的ZAC8506(Mg-8Zn-5Al-0.6Ca),以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等鎂合金,其抗拉強(qiáng)度和蠕變性能都較好。最近開(kāi)發(fā)成功或正在研制的新型耐熱鎂合金的性能和特點(diǎn)見(jiàn)表1和表2。3.2u3000鎂合金的耐蝕性嚴(yán)格限制鎂合金中的Fe、Cu、Ni等雜質(zhì)元素的含量、控制Fe/Mn比,得到的高純鎂合金具有很好的耐蝕性,例如,高純AZ91HP鎂合金在鹽霧試驗(yàn)中的耐蝕性大約是AZ91C的100倍,超過(guò)了壓鑄鋁合金A380,比低碳鋼還好得多。3.3鎂合金的鈣的用量鎂合金在熔煉澆注過(guò)程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃燒。實(shí)踐證明,熔劑保護(hù)法和SF6、SO2、CO2、Ar等氣體保護(hù)法是行之有效的阻燃方法,但它們?cè)趹?yīng)用中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染、降低合金性能并加大設(shè)備投資。純鎂中加鈣能夠大大提高鎂液的抗氧化燃燒行為,但是由于添加大量鈣會(huì)嚴(yán)重惡化鎂合金的力學(xué)性能,使這一方法無(wú)法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。鈹可以阻止鎂合金進(jìn)一步氧化,但是鈹含量過(guò)高時(shí),會(huì)引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。上海交通大學(xué)輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心通過(guò)同時(shí)加入幾種元素,發(fā)明了壓鑄阻燃鎂合金及其熔煉和壓鑄工藝、鑄造阻燃鎂合金及其熔煉和鑄造工藝,著火點(diǎn)溫度提高了250℃,力學(xué)性能與AZ91D鎂合金相當(dāng),還發(fā)明了耐熱壓鑄阻燃鎂合金及其熔煉和壓鑄工藝、塑性變形阻燃鎂合金及其熔煉和塑性變形工藝。開(kāi)發(fā)了阻燃性能和力學(xué)性能均良好的轎車用阻燃鎂合金,成功地進(jìn)行了轎車變速箱殼蓋的工業(yè)試驗(yàn),并生產(chǎn)出了手機(jī)殼體、MP3殼體等電子產(chǎn)品外殼。3.4u2004鎂合金的力學(xué)性能現(xiàn)有鎂合金的常溫強(qiáng)度和塑韌性均有待進(jìn)一步提高。在Mg-Zn和Mg-Y合金中加入Ca、Zr可顯著細(xì)化晶粒,提高其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度;Ag和Th能夠提高M(jìn)g-RE-Zr合金的力學(xué)性能,如含Ag的QE22A合金具有高的室溫拉伸性能和抗蠕變性能,已廣泛用作飛機(jī)、導(dǎo)彈的優(yōu)質(zhì)鑄件;通過(guò)快速凝固粉末冶金、高擠壓比及等通道角擠(ECAE)等方法,可使鎂合金的晶粒處理得很細(xì),從而獲得高強(qiáng)度、高塑性甚至超塑性;2001年,日本東北大學(xué)井上明久等采用快速凝固法制成的具有100至200納米晶粒尺寸的高強(qiáng)鎂合金Mg-2at%Y-1at%Zn,其強(qiáng)度為超級(jí)鋁合金的3倍,還具有超塑性、高耐熱性能和高耐蝕性。3.5作者的技術(shù)重視雖然目前鑄造鎂合金產(chǎn)品用量大于變形鎂合金,但經(jīng)變形的鎂合金材料可獲得更高的強(qiáng)度,更好的延展性及更多樣化的力學(xué)性能,可以滿足不同場(chǎng)合結(jié)構(gòu)件的使用要求。因此,開(kāi)發(fā)變形合金,是其未來(lái)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。新型變形鎂合金及其成型工藝的開(kāi)發(fā),已受到國(guó)內(nèi)外材料工作者的高度重視。美國(guó)成功研制了各種系列的變形鎂合金產(chǎn)品,如通過(guò)擠壓+熱處理后的ZK60高強(qiáng)變形鎂合金,其強(qiáng)度及斷裂韌性相當(dāng)于時(shí)效狀態(tài)的Al7075或Al7475合金,而采用快速凝固(RS)+粉末冶金(PM)+熱擠壓工藝開(kāi)發(fā)的Mg-Al-Zn系EA55RS變形鎂合金,其性能不但大大超過(guò)常規(guī)鎂合金,比強(qiáng)度甚至超過(guò)7075鋁合金,且具有超塑性(300℃,436%),腐蝕速率與2024-T6鋁合金相當(dāng),還可同時(shí)加入SiCp等增強(qiáng)相,成為先進(jìn)鎂合金材料的典范。日本1999年開(kāi)發(fā)出超高強(qiáng)度的IMMg-Y系變形鎂合金材料,以及可以冷壓加工的鎂合金板材。英國(guó)開(kāi)發(fā)出Mg-Al-B擠壓鎂合金,用于Magnox核反應(yīng)堆燃料罐。以色列最近也研制出用于航天飛行器上的兼具優(yōu)良力學(xué)性能和耐蝕性能的變形鎂合金,法國(guó)和俄羅斯開(kāi)發(fā)了魚(yú)雷動(dòng)力源變形鎂合金陽(yáng)極薄板材料。4成形技術(shù)的應(yīng)用鎂合金常用的成形方法有壓鑄、半固態(tài)鑄造、擠壓鑄造、擠壓、軋制等,其中,鎂合金產(chǎn)品的80%是通過(guò)鑄造方法獲得,近年來(lái)鎂合金的成形技術(shù)得到了很快發(fā)展。4.1u2004鎂合金汽車用壓鑄是鎂合金最主要的成形工藝,世界鎂合金鑄件的93%是用壓鑄工藝生產(chǎn)的。鎂合金有很好的壓鑄工藝性能:①鎂合金液粘度低、流動(dòng)性好,易于充型,用鎂合金可以很容易地生產(chǎn)壁厚1.0~2.0mm的壓鑄件,現(xiàn)在最小壁厚可達(dá)0.6mm。②鎂合金壓鑄件的鑄造斜度為1.5度,而鋁合金是2.0~3.5度。③鎂合金壓鑄件的尺寸精度比鋁壓鑄件高50%。④鎂合金的熔點(diǎn)和結(jié)晶潛熱都低于鋁合金,壓鑄過(guò)程中對(duì)模具的沖蝕小,且不易粘模,其模具壽命比鋁合金壓鑄模具長(zhǎng)2~4倍。⑤鎂合金壓鑄周期比鋁合金短,生產(chǎn)率比鋁合金提高25%。此外,鎂合金切削加工性能優(yōu)于鋁合金,切削速度比鋁合金快50%,加工耗能比鋁合金低50%。鎂合金有熱室壓鑄和冷室壓鑄兩種方式,主要取決于鑄件壁厚,熱室壓鑄一般用于薄壁鑄件。目前,熱室壓鑄正向大型發(fā)展,鎖型力為9.3MN、壓鑄件最大重量達(dá)6.4kg的大型熱室壓鑄機(jī)已投入使用。冷室壓鑄機(jī)的最大鎖型力已達(dá)35MN,壓射沖頭的壓射速度高達(dá)10m/s。由于冷室壓鑄適于生產(chǎn)汽車用鎂合金鑄件,應(yīng)用前景很好,近年發(fā)展很快。德國(guó)Auchen大學(xué)改進(jìn)了冷室壓鑄機(jī)壓室金屬液的充填方式,由傳統(tǒng)的上部充填改為由下部充填,使鎂合金液以平穩(wěn)的層流方式充填壓室,減少了卷氣和氧化夾雜。采用型腔抽真空的方法可以減少鎂合金鑄件的氣孔,真空壓鑄就是在壓鑄過(guò)程中抽出型內(nèi)氣體,以消除或減少壓鑄件內(nèi)的氣孔和溶解氣體,提高壓鑄件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量。真空壓鑄鎂合金鑄件的最小壁厚為1.5~2.0mm,真空度≤80kPa,沖頭速度最大達(dá)10m/s,充型時(shí)間20~30ms,鑄件強(qiáng)度可提高10%以上,韌性提高20~50%,目前已成功地用真空壓鑄生產(chǎn)出鎂合金汽車輪轂和方向盤(pán)。充氧壓鑄是一種無(wú)孔壓鑄(Pore-FreeDieCastingProcess),該法在充型前將氧氣或其它活性氣體充入型腔以置換型內(nèi)空氣,充型時(shí),活性氣體與鎂合金液反應(yīng)生成彌散分布的金屬氧化物,達(dá)到消除壓鑄件內(nèi)氣體和氣孔的目的。用該法生產(chǎn)的壓鑄件可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。世界上著名的壓鑄機(jī)生產(chǎn)廠商主要有:德國(guó)FRECH公司、瑞士BUHLER公司、意大利的IDRA公司和ITALPRESSE公司、日本的UBE公司、TOYO公司和TOSHIBA公司,美國(guó)的HPM公司等。在壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)方面,德國(guó)FRECH公司和瑞士BUHLER公司分別開(kāi)發(fā)出了已經(jīng)商品化的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),可以根據(jù)不同的合金材料和鑄件類型自由編程,設(shè)定壓鑄參數(shù),壓鑄過(guò)程可靠性高,顯著提高鑄件的表面質(zhì)量、致密度和尺寸精度,避免鑄件產(chǎn)生飛邊。利用internet和intranet與壓鑄機(jī)生產(chǎn)商和壓鑄件用戶相連,還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人機(jī)對(duì)話功能。4.2鎂合金觸變鑄造技術(shù)半固態(tài)鑄造分為流變鑄造和觸變鑄造,美國(guó)康乃爾大學(xué)1996年取得了流變鑄造(Rheocasting)專利,但由于流變法生產(chǎn)的半固態(tài)金屬漿料的保存和輸送難度較大,至今未能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。1988年道化學(xué)公司發(fā)明了鎂合金的觸變鑄造工藝,1991年Thixomat公司推出了世界上第一臺(tái)商業(yè)化機(jī)器,該技術(shù)稱為觸變鑄造(Thixomolding),其工藝過(guò)程如圖1所示。由投料筒經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入料筒的固態(tài)鎂合金顆粒,憑借螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力及料筒加熱器的加熱,當(dāng)材料加熱到固液兩相區(qū)、達(dá)到一定的固相分?jǐn)?shù)時(shí),由螺桿推動(dòng)射入型腔成形。鎂合金觸變鑄造的優(yōu)點(diǎn)是:①非枝晶鎂合金坯料不需完全熔化,節(jié)省能源;②充型時(shí)不易產(chǎn)生飛邊,鑄件尺寸精度高;③鑄件致密,縮松少;④金屬漿料溫度低,鑄型壽命長(zhǎng);⑤不需要用SF6作為保護(hù)氣體,環(huán)境污染小;⑥生產(chǎn)過(guò)程安全性高。4.3其它鑄造工藝擠壓鑄造的充型壓力比重力金屬型鑄造要高幾個(gè)數(shù)量級(jí),其對(duì)鑄件成形的影響主要表現(xiàn)為提高充型速度,減少鑄件中的疏松和氣孔缺陷,提高鑄件的致密度和力學(xué)性能,獲得可以熱處理的鑄件。擠壓鑄造最重要的工藝參數(shù)是鑄型溫度、澆注溫度和合金的過(guò)熱度,合金本身的鑄造性能卻不十分重要,其它較重要的工藝參數(shù)為澆注金屬液的體積、金屬液潔凈度、充型壓力曲線、鑄型涂料、擠壓前金屬液停留時(shí)間等。要獲得無(wú)氣孔的擠壓鑄件,凝固溫度區(qū)間較大的AZ91鎂合金所需要的充型壓力比凝固溫度區(qū)間較小的AZ31大。擠壓鑄造的發(fā)展趨勢(shì)是與其它鑄造成形技術(shù)相結(jié)合。圖2為日本東芝機(jī)器公司的LEOMACS系統(tǒng),其特點(diǎn)是將擠壓鑄造與低壓鑄造及電磁定量澆注泵結(jié)合成一體,可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的薄壁鎂合金鑄件,具有下列優(yōu)點(diǎn):①縮短了從供料到擠壓之間金屬液的停留時(shí)間,不但可以減小鑄件中的不均勻凝固,而且縮短了鑄件生產(chǎn)的循環(huán)周期;②生產(chǎn)過(guò)程中金屬液與空氣隔絕,有效地防止了鎂合金液的氧化燃燒;③鎂合金液可在較低溫度下保溫和澆注。擠壓鑄造與流變鑄造結(jié)合的擠壓-流變鑄造工藝,可在同一工作單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)熔體的攪拌、壓射及施加擠壓壓力,充分利用兩種鑄造方法的長(zhǎng)處,彌補(bǔ)流變鑄造本身的局限,并可提高鑄型的壽命。4.4鎂合金鑄造技術(shù)低壓鑄造和差壓鑄造已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)鎂合金汽車鑄件,這兩種方法可以保證平穩(wěn)充型,避免鎂合金液氧化和卷氣,還可以在鑄造過(guò)程中將加壓系統(tǒng)與鎂合金的氣體保護(hù)有效地結(jié)合起來(lái)。鎂合金的精密鑄造和石膏型鑄造也得到了一定應(yīng)用。鎂合金采用消失模鑄造具有的優(yōu)點(diǎn)是:①采用干砂,避免了普通砂型鑄造由水分引起的鎂合金燃燒問(wèn)題,且消失模汽化形成的還原性氣氛還可以抑制鎂合金氧化燃燒;②鎂合金線收縮率是鋁合金的1.2倍,熱裂傾向大,干砂退讓性好,可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。上海交通大學(xué)系統(tǒng)研究了鎂合金消失模鑄造的流動(dòng)性、充型過(guò)程、組織性能,以及工藝參數(shù)的影響規(guī)律。4.5晶粒細(xì)化技術(shù)鎂晶體為密排六方結(jié)構(gòu),鎂基體的獨(dú)立滑移系較少,因此,鎂合金的塑性較低,塑性加工能力較差,大部分鎂合金制品都是用鑄造方法成形,很少采用鍛壓、擠壓、軋制等塑性成型方法加工,這在很大程度上限制了鎂合金的應(yīng)用。因此,鎂合金的超塑性引起了各國(guó)研究者的極大重視。目前,鎂合金超塑性的研究在超塑性性能及變形機(jī)理方面已經(jīng)取得很大進(jìn)展,而且,一些超塑性鎂合金已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用之中。一般來(lái)講,合金要獲得超塑性其晶粒要求在10μm以下,目前應(yīng)用于鎂合金晶粒細(xì)化的處理工藝主要有擠壓和軋制、等通道角擠(EqualChannelAngularExtrusion,ECAE)、快速凝固、粉末冶金等。其中,擠壓和軋制是比較成熟的工藝,通過(guò)擠壓或反復(fù)軋制處理,可以獲得晶粒細(xì)小的鎂合金組織,等通道角擠(ECAE)能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形,獲得1μm以下的超細(xì)晶粒。利用細(xì)晶鎂合金的超塑成型(SuperplasticityForming,SPF)工藝