半固態壓鑄高鐵零部件應用進展

【摘要】基于鎂合金壓鑄件在高鐵上的應用品種和重量都在不斷增加，本文對半固態觸變成型壓鑄工藝生產出的產品進行組織和性能分析，結果表明，該成形法所生產的鎂合金產品的組織及力學性能均優于壓鑄產品，且產品合格率有較大幅度提升，半固態觸變成型產品在高鐵和乘用車上得到批量應用。

【關鍵詞】鎂合金;半固態觸變成型;支臂;組織;力學性能

引言

鎂合金是目前工程應用中最輕的金屬結構材料，在具有輕量化需求的領域應用價值巨大。軌道交通車輛采用鎂合金零件，明顯降低車體重量，提高車速，降低能耗，滿足反復起停、提高車輛減震性能。我國是鎂資源大國，儲量、產量、出口量均為世界第一，生產成本也是世界最低，鎂合金的資源優勢和性能優勢，以及我國高速鐵路的快速發展，列車內飾、內部結構支架等中、小零部件得到了批量應用。

壓鑄領域廣泛采用的鎂合金成形方法為冷室壓鑄法。冷室壓鑄鎂合金產品具有尺寸穩定性好、生產率高等優點，但也具有夾雜多、氣孔多、裂紋多、成形后難熱處理、尺寸精度差等不足，采用冷室壓鑄法制造的零件很難滿足軌道交通中的高性能鎂合金零部件的要求。同冷室壓鑄法相比，半固態壓鑄制造的產品具有鑄造缺陷少，產品的力學性能、尺寸精度、表面和內在質量高等優點，此外還有節約能源、安全性好、近凈成形性好等優點。

1鎂合金半固態觸變成形工藝原理

半固態觸變注射成形法是近些年來開發的一種新工藝，源于美國DOW化學公司，美國THIXOMAT公司將其商業化。該工藝是將塑料的注塑成形原理與半固態金屬成形工藝相結合，集半固態金屬漿料的制備、輸送、成形等過程于一體，該法較好地解決了半固態金屬漿料的保存輸送、成形控制困難等問題。

鎂合金半固態觸變成型法主要工藝過程如下：鎂顆粒原料在料筒加熱至半固體狀態，在螺桿的剪切和推動作用下，以相當于塑料注塑機的十倍速率壓射到模具內成形。

2鎂合金壓鑄件與鎂合金半固態觸變成型生產產品的性能比較

與冷室壓鑄相比，半固態壓鑄介于鑄造和鍛造之間，既有鍛造不具備的良好填充性，又有鑄造不具備的內部組織致密性。鎂合金在半固溶剪力作用下，晶粒更細化，相對提高涂裝性能85%。

半固態生產工藝是從固體坯料到制件在一個裝置內完成，省去了外部熔融金屬的處理及運輸工序，且成形溫度低，成形方式如下圖：

工藝決定了產品質量，冷室壓鑄鎂合金熔煉時易氧化，壓鑄過程易卷氣，對比動車小桌板支臂X光圖片發現：冷室壓鑄機產品有細小縮孔，半固態壓鑄組織細密，無縮孔和夾渣。如下圖

對支臂進行橫切，觀察橫截面低倍組織，也發現冷室壓鑄產品晶粒不均勻，致密性也較差，且有氣孔或夾雜缺陷，半固態晶粒均勻。如下圖。

切片試樣的力學性能對表面質量要求較高，冷室壓鑄產品涂裝后易將微波產品最后工序為涂裝，因座椅總成件為外觀件，對表面質量要求較高，冷室壓鑄產品涂裝后易將微小氣孔擴大化，半固態產品涂裝良好。自去年將冷室壓鑄改為半固態后，支臂產品合格率提高8個百分點。

通過半固態和冷室壓鑄在產品外觀、顯微組織、力學性能、涂裝性能和量產性上分析，得出如下結論：應用半固態壓鑄可得到組織細小、致密，力學性能相對較高的鎂合金部件，其綜合力學性能優于目前廣泛采用的壓鑄鎂合金部件，且可實現量產和自動化。

3研發應用情況

山東銀光鈺源輕金屬精密成型有限公司于2015年6月，正式投入動車輕量化研發，首先致力于小桌板支臂生產，供應國內高鐵系列座椅總成。公司憑借半固態成形細化晶粒在外觀涂裝上的優勢及快速成形的特性，獲得客戶的肯定。生產期間，銀光鈺源進行了實際組裝測試，以83公斤重荷反覆施壓，半固態桌板支臂完整無缺，不歪不斜，如圖13。

隨著節能減排的聲浪持續高漲，鎂合金半固態壓鑄憑借著產品外觀與強度兼顧、優越的涂裝性能、高效的生產效率，在高鐵座椅領域得到廣泛應用。現在，提倡綠色環保的歐盟國家更深深的關注這截然不同的工藝所帶來的效益，世界名車品牌如奧迪等大型車廠，近年來更是不斷的嘗試使用更輕的零件材料來達到汽車整體輕量化的目標。

4目前存在的問題和建議

（1）觸變成型設備高昂，原材料鎂粒要求高、成本高，整體投資比較大。僅適用于那些具有較高要求和高附加值產品的加工。

（2）鎂合金壓鑄技術相對成熟，但半固態觸變成型關鍵技術人才奇缺，目前多依托國外專家人才。

（3）市場推動和批量應用難度較大，目前僅應用在車用內飾件，還希望得到相關政府支持。

（4）鎂合金的防腐技術還不能滿足高鐵用部件的特殊要求。

5展望

鎂合金（鑄造件、鍛造件、軋制件、擠壓件）即將成為有潛力的換代材料規模應用于軌道交通裝備。開發鎂合金在軌道交通車輛上的應用，適合我國資源和技術現狀，是提升我國軌道交通裝備技術水平、實現創新發展的絕佳機會。國內已經有多家研究部門和生產企業開發了高規格、高品質的鎂合金和鎂合金型材/板材，可訂單式供應多規格、多系列的鎂合金板材/型材，產品已經在國防、航空等領域得到應用。在鎂合金連續/半連續鑄錠、連續鑄軋、多規格型材擠壓等領域，國內的技術開發已經達到國際水平，部分高端產品已經被美國、日本企業訂貨。中國目前已成為全球高速鐵路的領跑者，這為鎂合金在高鐵上的應用奠定了良好的基礎。

作者簡介：王前進（1975.10—），男，漢族，山東臨沂人，工程師，專科，研究方向為鎂合金。