鑄造工藝中鎂的高壓鑄造法分析

張士雷

【摘 ?要】鎂合金體現出了獨特的功能與特點，鎂合金在未來必將廣泛進行應用。不管是在汽車還是航天領域，鎂合金都是具有良好發展趨勢的材料。

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

1.鎂合金特點

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度。因此在剛度要求相同的情況下，構件應用鎂合金進行制造能夠有效減輕自身的重量，在汽車、電子等領域的發展前景很好。

1.2.比較鎂合金和鋼、鋁

比較小的彈性模量，體現出極高的阻尼振動容量，也就是低慣性與減震性。由于彈性模量比較小，當外力發生作用時會出現更加均勻的應力分布，可以有效防止應力過高集中。

1.3.極好的加工切削特點

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。因為其的穩定性極高，加工鎂合金尺寸需要極高的精度。

1.4.鎂合金導

良好的熱性，較強的抗磁干擾能力，廣泛應用在計算機、電子和通訊行業中。

1.5.鎂元素

儲藏最豐富的元素，同時鎂合金方便進行回收，因此，假如可以在生產中成功應用鎂合金，不但能夠節約成本，還可以有效節省資源，對環境積極保護，促使人類健康發展。

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，不能對內部金屬產生的腐蝕進行保護。但是由于迅速發展的表面技術以及不斷開發的新型鎂合金，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，最終產生鑄件工藝。

重力與低壓鑄造工藝非常適合生產復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。

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。壓鑄鎂合金的優點就是壁薄、近終形狀、極高的鑄造速度和鑄模時間長、優良的形成性和較高的生產效率等。在壓鑄方面鎂合金的優點為：較低的液粘度、良好的流動性，鑄件容易充型，很小的鑄造斜度，鑄件尺寸具有很高的精度，熔點與結晶的低潛熱，壓鑄過程中沖蝕模具程度較小，其模具使用時間較長，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，重點要看鑄件的厚度，通常在薄壁鑄件中應用熱室壓鑄。當前93%都是采用壓鑄方法制造了鎂合金工程結構構件。但是鎂合金卻很少用于壓鑄，相較于重力鑄造合金，壓鑄鎂合金數量比較少。

注射量控制是對鎂合金壓鑄成本進行降低的方法之一。當前先進科學的真空壓鑄和充氧壓鑄，將出型腔中的氣體抽出對壓鑄件內的氣孔進行減少或者消除最終與合金中的氣體積實施溶解，相較于傳統的壓鑄技術，在對鑄造鎂合金壓鑄件的缺陷進行消除以及提高力學功能和內在質量上這些技術具有很大的優勢。

2.3.半固態鑄造

半固態是指合金內不但產生了球團狀固相還出現了流體液相。這一工藝成形溫度低，收縮凝固小，成形零件高精度，質量良好。生產與應用鎂合金半固態加工技術包括鑄造流變、鑄造觸變惡化觸變成形注射，具體應用觸變成形的方法。這一工藝的優勢在于：較低的成形溫度;較低的保溫時間，更少的熱疲勞，極少的熱腐蝕;在高溫時有效避免鎂合金發生腐蝕與燃燒;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合金表現出了極好的抗蠕變性以及延展性，進一步能夠比擬鋁含量相同的AM合金。合金優異性能的顯微組織特點是，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為片狀結構。這一粗大晶粒可以產生牢固的不易變形的隔離層，在集中應力較小的情況下這種片狀結構的金屬容易張開內裂紋，發生變形，在裂紋界面上出現錯位的聚焦。

3.2.AE系合金的性能

3.2.1_機械性能

將合金元素加入鎂合金之后，對其進行拉伸試驗時產生的屈服極限會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合金的伸長率和強度是最好的匹配。

針對4種鎂合金與A380標準的鋁合金來講，在正常室溫下它們的應力和形變之間的關系曲線類似，但是它們的伸長率不同。相較于應用在傳動零件制造的鋁合金，全部鎂合金都體現出了極好的拉伸性。并且AE44合金的各種機械性能之間的匹配度最佳。

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

3.2.2.蠕變極限

為了對蠕變極限進行測定，拉伸試驗及溫度不同的試驗在恒定負荷與不同負荷下進行。例如，在不同負荷150℃下進行試驗，時間決定了總體形變，并且重復試驗也體現出反應的材料差異。有時為了實行蠕變試驗，需要在一定溫度下增加載荷。最佳的鎂合金能夠體現出與A380合金接近的蠕變極限性能，AE合金潛力巨大。

4 鎂合金的應用

4.1鎂合金在航天航空的應用

航天航空工業作為一個高科技領域，而該領域中所工作的航天航空產品對其使用的材料提出了4點非常苛刻的性能要求：密度小、剛度大、減震能力強和熱導率高。

鎂合金自身一系列優點使得其在航天航空領域中得到巨大的發展空間。世界各國將不斷的開發研究鎂合金在航天航空中的應用。法國的塞德航空公司直升飛機的齒輪箱鑄件是由Mg-Zn-Re-Zr鎂合金鑄成，在鎂合金中加少量Ag，使時效強化的稀土鎂合金的拉伸性能得到顯著提高，如民航機的著落機輪和直升飛機旋轉機翼附件等。美國已經在戰斗機上應用了鎂合金，穩定的提升了戰斗機的作戰性能。美國還最早將鎂合金板材應用于火箭、螺旋槳、導彈尾翼等航天航空重要部位，這些由鎂合金制造的部件的綜合性能最終替代了傳統使用鋁合金構造件，且整體性能得到顯著提升。我國近年來也將鎂合金構件應用于戰斗機、直升飛機、軍用運輸機、民航機、人造衛星、運載火箭等。變形鎂合金比鑄造鎂合金具有更高的強度和延伸性能，比傳統的變形鋁合金更輕，因此在已在導彈、軍用雷達、衛星和航天飛機上大量利用了各種牌號的變形鎂合金。

4.2鎂合金在汽車工業的應用

二十世紀以來，全球的能源危機和社會環境污染日趨嚴重，汽車工業作為國民經濟支柱產業之一同樣面臨著節能減排的挑戰，節能減排已成為當務之急。汽車的整體重量對其能源消耗有著至關重要的作用，汽車的自身重量與燃料的使用成正比，汽車重量的減輕就能夠減少燃料的燃燒及減低廢氣的排放量，最終實現節能減排的效果。因此鎂合金將作為汽車產業的首選新材料。目前鎂合金在汽車上的應用零部件主要歸納為2類。（1）殼體類。如門框、座椅架、發動機機罩、車頂板曲軸箱、變速箱體、離合器殼體、儀表板、氣缸蓋等。（2）支架類。如方向盤、座椅框架、轉向支架、剎車支架、分配支架等。鎂合金在汽車上應用潛力最大的是整體部件，例如發動機機罩、后備行李箱蓋、車頂板、車體加強板、儀表盤、保險杠、內側車門框架和后部車廂隔板，甚至是油底盤、發動機氣缸體和氣缸蓋等。其中有許多鎂合金汽車部件已經在開發甚至開始應用。

5結束語

當今不斷涌現的各種高新技術，發展速度極快。高新技術逐漸增加了對傳統工藝的影響，這也是目前科學技術發展的重要趨勢。傳統的鑄造產業，在一定程度上其發展水平對制造業的發展造成了限制與影響。鎂鑄造也緊密聯系高新技術將是對傳統的鑄造業的重要改革。新技術的開發應用有效提高了企業的產品質量和經濟效益，提高了企業本身的競爭能力，也是企業未來的重要發展方向。

參考文獻：

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

[2]曾大本，培杰.鎂合金壓鑄業現狀與發展趨勢[J].鑄造，2009，（2

（作者單位：漢特曼輕金屬鑄造（天津）有限公司）