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铸造镁合金,铸造镁合金与变形镁合金有什么区别

铸造镁合金

铸造镁合金

耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一,当温度升高时,它的强度和抗蠕变性能大幅度下降,使它难以作为关键零件(如发动机零件)材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。己开发的中所采用的合金元素主要有(RE)和硅(Si)。稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。含稀土的镁合金QE22和WE54具有与铝合金相当的高温强度,但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍。

Mg—Al—Si(AS)系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175cC时,AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是,AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相,损害了铸造性能和机械性能。研究发现,微量Ca的添加能够改善汉字状MgaSi相的形态,细化Mg2Si颗粒,提高AS系列镁合金的组织和性能。

2、耐蚀镁合金

镁合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决:

1)严格限制镁合金中的Pe、Cu、Ni等杂质元素的含量。例如,高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91C的100倍,超过了压铸铝合金A380,比低碳钢还好得多。

2)对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求,可选择化学表面处理、阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如,经化学镀的镁合金,其耐蚀性超过了不锈钢。

3、阻燃镁合金

镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烧。实践证明,熔剂保护法是行之有效的阻燃方法,但他们在应用中会产生严重的环境污染,并使得合金性能降低,设备投资增大。

纯镁中加钙能够大大提高镁液的抗氧化燃烧能力,但是由于添加大量钙会严重恶化镁合金的机械性能,使这一方法无法应用于生产实践。

最近,上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心通过同时加入几种元素,开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金,成功地进行了轿车变速箱壳盖的工业试验,并生产出了手机壳体、MP3壳体等电子产品外壳。

4、高强高韧镁合金

现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在Mg—Zn和Mg—Y合金中加人Ca、Zr可显著细化晶粒,提高其抗拉强度和屈服强度;加入Ag和Th能够提高Mg—RE—Zr合金的力学性能,如含Ag的QE22A合金具有高室温拉伸性能和抗蠕变性能,已广泛用作飞机、导弹的优质铸件;通过快速凝固粉末冶金、高挤压比及等通道角挤(ECAE)等方法,可使镁合金的晶粒处理得很细,从而获得高强度、高塑性甚至超塑性。

镁合金的几种成型工艺

镁合金的几种成型工艺

镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是:密度小(1.8g/cm3镁合金左右),强度高,弹性模量大,散热好,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大,耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金,其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3,是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属,高强度、高刚性。

对于镁合金来说,成形工艺主要可分为液态成形工艺和固态成形工艺。其中液态成形主要包括重力铸造、低压铸造、压铸、半固态铸造等。固态成形又称塑性加工成形,包括挤压、锻造、轧制等等。

1.液态成型工艺

1.1重力铸造

镁合金可以用不同的重力铸造方法生产,如砂型铸造、熔模铸造、金属模铸造、半金属模铸造、壳型铸造等。其中镁合金的砂型铸造经历了普通粘土砂、水玻璃砂、自硬树脂砂的发展阶段。采用自硬树脂砂造型制芯工艺,可以提高铸件的质量,简化工艺程序,有利于实现机械化自动化的生产和提高模具使用寿命,并减少有害气体,是大型复杂铸件走向精确化的方向。熔模铸造又称失蜡法,通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料,待其硬化干燥后,将其中的蜡模熔去而制成型壳,再经过焙烧,然后进行浇注,而获得铸件。由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度,故又称“熔模精密铸造”。

1.2低压铸造

镁合金一般热容小、凝固区间大,容易产生裂纹、充填不均匀、偏析和组织粗大等铸造缺陷,且难以生产大型、薄壁或者结构复杂的铸件。利用低压铸造平稳的充型和顺序凝固特点可以生产出优质的镁合金铸件。

1.3压铸

镁合金熔点较低(纯镁约为650℃),凝固潜热小,凝固速度快,且合金液黏度低、流动性好,特别适于压铸生产。但常规压铸的零件无法进行热处理,不能通过时效强化。近几十年来发展起来的真空压铸、充氧压铸和半固态压铸则可解决该问题。真空压铸在压铸过程中先抽除型腔内的气体,从而减小甚至消除压铸件内的气孔和溶解气体,提高铸件的力学性能和表面质量。充氧压铸则是在熔体充型前将氧气或其他活性气体充入型腔以置换型内空气。充型过程中,活性气体与金属液反应生成弥散分布的金属氧化物,达到消除压铸件内气体和气孔的目的。半固态压铸可分为流变压铸和触变压铸。流变压铸是将制备好的半固态浆料直接转移到压室进行压铸,而触变压铸则是将预制的组织细小的半固态锭料重新加热到半固态区间进行压铸的成形工艺。无论是流变压铸还是触变压铸,金属液在半固态区间充型平稳,避免了紊流的充型方式,因此可显着减少压铸件的疏松缩孔。

1.4半固态铸造

半固态成形是一种新型、先进的工艺方法,与传统的液态成形相比,具有成形温度低,模具寿命长,改善生产条件和环境,细化晶粒,减少气孔,疏松缩孔,提高组织致密性,提高铸件质量等优点。

半固态成形可分为流变成形和触变成形。目前,在半固态浆料制备方面,国内外学者发明了不同的制备工艺,目的都是为了获得细小、圆整的初生颗粒均匀地悬浮于液相之中的理想半固态组织,随后结合不同工艺进行成形,充分发挥半固态成形的优势。其中半固态触变注射成形最为成熟,具有工艺简单、自动化程度高等优点,已广泛应用于镁合金生产中。

2.固态成型工艺

2.1挤压

镁合金塑性较差,适合挤压成形,一般为温挤压和热挤压,挤压温度通常为300~450℃。镁合金挤压有以下优点:可细化晶粒、通过保留挤压纤维织构可提高强度、可获得优良的表面质量及良好的尺寸精度。目前,镁合金管材、棒材、型材、带材等产品主要采用挤压成形。但镁合金挤压也存在挤压速度慢、变形抗力大、挤压加工后由于形成织构而造成材料力学性能的各向异性等缺点。

2.2锻造

镁合金锻造一般有两种方式:自由锻和模锻。常用来锻造的镁合金有ZK系列和AZ系列镁合金。镁合金锻件的力学性能通常取决于锻造过程中所产生的应变硬化程度。锻造温度越低,其应变硬化效果越显着,然而温度过低时锻件容易开裂,过高时则氧化严重。在传统的锻造工艺上发展起来的一项新技术—精密锻造,可成形流线沿锻件几何外形分布的高精度、复杂形状锻件,同时能提高锻件的承载能力。此外,镁合金锻造温度范围窄,导热系数是钢的两倍,接触模具降温快,容易导致塑性降低、变形抗力增大、充填性能下降,因此适合等温锻造成形。精密冲锻成形技术是将冲压成形与锻造成形相结合产生的新工艺,是适用于镁合金成形的很有发展前途的工艺。主要是将加热后的镁合金坯料在加热模具中进行冲压和锻造,采用普通机械式锻压机床即可,其技术关键在于成形模具与成形工艺设计,以及模具温度、变形率与变形速度等参数控制。与压铸和半固态成形工艺比较,该技术具有生产效率高、成品率高和成本低等优点。

2.3轧制

镁合金的带材及板材一般采用轧制成形的方法生产。轧制过程可以细化晶粒,改善镁合金组织,显着提高镁合金的力学性能。轧制温度是镁合金轧制过程中的关键参数。轧制温度过低时,高的应力集中可导致孪晶形核和切变断裂;轧制温度过高时,晶粒容易长大而使板材热脆倾向增大。

原文链接:中国腐蚀与防护网

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镁合金铸造方面的发展历程和方向

镁合金铸造方面的发展历程和方向

尽管世界范围内镁合金及制备技术发展比较早,但是我国在解放后才开始有自己的镁工业。近几年来,随着我国汽车工业、电子通讯工业的飞速发展,对镁合金压铸件的需求与日俱增,我国的镁压铸行业发展很快。我国镁合金压铸件产量由1995年的1562吨提高到2005年的8960吨,7年里产量增长了4倍多,平均年增长率达60%。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、铸钢件,甚至代替铝压铸件,正成为制造业特别是汽车制造业的发展趋势。全国已有许多家工厂在从事镁合金压铸件生产和研究,如深圳、东莞等数家工厂在生产笔记本电脑外壳、手机外壳镁合金压铸件等。重庆镁业科技股份公司,将以摩托车和轻型汽车用镁合金及其零部件为重点,同时开发镁合金的各类加工材;青岛金谷镁业股份公司着力开发3C电子类产品用镁合金制品。

虽然传统的压铸方法生产的镁合金压铸件得到广泛利用,但其不能进行热处理强化,也不能在较高的温度下使用。为了消除这些缺陷,提高压铸件的内在质量,扩大压铸技术的使用范围,专家们近些年来在传统压铸工艺的基础上研究开发了一些新的压铸技术:如半固态压铸、真空压铸、充氧压铸和超高速压铸法等。这些新技术在消除镁合金压铸件的铸造缺陷,提高其力学性能及表面和内在质量上均取得良好的效果。其中真空压铸以其极低的铸件含气量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到了高度重视和大力发展。

2.2镁合金重力铸造

重力铸造是镁合金成型方法中比较传统的,壁厚较厚的铸件目前仍多采用这种方式。重力铸造又包括砂型铸造、金属模铸造、半金属模铸造、壳型铸造、熔模铸造。

镁合金的砂型铸造经历了自然砂、二氧化碳砂、自硬□□□脂砂的发展阶段。它主要用于航天领域,因为它们与铝和其他材料相比具有重量轻的优点。

熔模铸造在铝合金、钛合金中应用很广,但在镁合金中采用的比较少,尚处于研发阶段。2.3镁合金低压铸造

低压铸造是介于重力铸造和高压铸造的一种铸造方法,具有充型平稳,补缩效果良好的特点,同时密封充型可以防止镁合金暴露在大气中而引起氧化燃烧,是镁合金成型方法中一种比较好的方式,但长期以来这种成型方式在镁合金中应用很少,主要是人们对于镁合金低压铸造的过程缺乏了解。

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