铸造工艺中镁的高压铸造法分析

张士雷

【摘  要】镁合金体现出了独特的功能与特点，镁合金在未来必将广泛进行应用。不管是在汽车还是航天领域，镁合金都是具有良好发展趋势的材料。

在实用金属中镁合金是最小的密度，体现出极好的散热性、电磁屏蔽性、手感良好、外部美观，因此替代塑料材质迅速应用在通讯工具、笔记本的壳体等方面。镁合金在汽车行业的节能与轻量化方面具有最大的优势，已经开始替代铝部件，截止到目前，镁合金已经应用于超过60余种的汽车零部件中。

1.镁合金特点

1.1_目前的工程金属

镁合金具有最小的密度，大概是铝的64%，钢的23%，具备极高的比刚度与比强度。因此在刚度要求相同的情况下，构件应用镁合金进行制造能够有效减轻自身的重量，在汽车、电子等领域的发展前景很好。

1.2.比较镁合金和钢、铝

比较小的弹性模量，体现出极高的阻尼振动容量，也就是低惯性与减震性。由于弹性模量比较小，当外力发生作用时会出现更加均匀的应力分布，可以有效防止应力过高集中。

1.3.极好的加工切削特点

其拥有的切削速度要比其它金属大。例如镁合金切削需要的功率是1，而铝是1.8，铸铁是3.5。因为其的稳定性极高，加工镁合金尺寸需要极高的精度。

1.4.镁合金导

良好的热性，较强的抗磁干扰能力，广泛应用在计算机、电子和通讯行业中。

1.5.镁元素

储藏最丰富的元素，同时镁合金方便进行回收，因此，假如可以在生产中成功应用镁合金，不但能够节约成本，还可以有效节省资源，对环境积极保护，促使人类健康发展。

1.6.镁合金

耐腐蚀性不佳，其氧化膜不同于氧化铝膜，不够致密，不能对内部金属产生的腐蚀进行保护。但是由于迅速发展的表面技术以及不断开发的新型镁合金，逐渐解决了较差耐腐蚀性的问题。

2.镁的高压铸造工艺

2.1.重力与低压铸造

重力铸造是指在地球重力作用下金属液注入铸型的工艺，也称为砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造等，低压铸造是指压力作用下在型腔中填充液体金属，最终产生铸件工艺。

重力与低压铸造工艺非常适合生产复杂的几何形状的中小型镁合金铸件，更加有利于薄壁大型成形铸件，几乎全部的镁合金铸造都能够利用重力与低压铸造工艺生产。

2.2.压铸

常常将压铸工艺称为高压压力铸造，这一铸造过程凸显了精密性。压铸镁合金的优点就是壁薄、近终形状、极高的铸造速度和铸模时间长、优良的形成性和较高的生产效率等。在压铸方面镁合金的优点为：较低的液粘度、良好的流动性，铸件容易充型，很小的铸造斜度，铸件尺寸具有很高的精度，熔点与结晶的低潜热，壓铸过程中冲蚀模具程度较小，其模具使用时间较长，压铸需要的周期较短。镁合金压铸包含了两种方式，分别有热室与冷室，重点要看铸件的厚度，通常在薄壁铸件中应用热室压铸。当前93%都是采用压铸方法制造了镁合金工程结构构件。但是镁合金却很少用于压铸，相较于重力铸造合金，压铸镁合金数量比较少。

注射量控制是对镁合金压铸成本进行降低的方法之一。当前先进科学的真空压铸和充氧压铸，将出型腔中的气体抽出对压铸件内的气孔进行减少或者消除最终与合金中的气体积实施溶解，相较于传统的压铸技术，在对铸造镁合金压铸件的缺陷进行消除以及提高力学功能和内在质量上这些技术具有很大的优势。

2.3.半固态铸造

半固态是指合金内不但产生了球团状固相还出现了流体液相。这一工艺成形温度低，收缩凝固小，成形零件高精度，质量良好。生产与应用镁合金半固态加工技术包括铸造流变、铸造触变恶化触变成形注射，具体应用触变成形的方法。这一工艺的优势在于：较低的成形温度;较低的保温时间，更少的热疲劳，极少的热腐蚀;在高温时有效避免镁合金发生腐蚀与燃烧;液体固化极少，因此限制了收缩孔隙;缩短了周期。

3.高压铸造的合金研制

3.1.合金元素

合金的蠕变性能积极改善降低冲击作用所需要的性能。含有合金元素越高，铝的含量也就越高，更加容易变脆。但是AE合金表现出了极好的抗蠕变性以及延展性，进一步能够比拟铝含量相同的AM合金。合金优异性能的显微组织特点是，与金属之间的相组织形成于树晶轴间与晶粒边界上并且体现为片状结构。这一粗大晶粒可以产生牢固的不易变形的隔离层，在集中应力较小的情况下这种片状结构的金属容易张开内裂纹，发生变形，在裂纹界面上出现错位的聚焦。

3.2.AE系合金的性能

3.2.1_机械性能

将合金元素加入镁合金之后，对其进行拉伸试验时产生的屈服极限会由于下降的伸长率而提升。在一些镁合金中，这一损失比要小于其他合金。AE合金的伸长率和强度是最好的匹配。

针对4种镁合金与A380标准的铝合金来讲，在正常室温下它们的应力和形变之间的关系曲线类似，但是它们的伸长率不同。相较于应用在传动零件制造的铝合金，全部镁合金都体现出了极好的拉伸性。并且AE44合金的各种机械性能之间的匹配度最佳。

在温度较高的情况下，断裂AE44合金会增大伸长率，下降了强度极限。一般，在高温下AE44合金表现了极好的屈服极限，而塑性在一40℃与+200℃范围内表现最好。

3.2.2.蠕变极限

为了对蠕变极限进行测定，拉伸试验及温度不同的试验在恒定负荷与不同负荷下进行。例如，在不同负荷150℃下进行试验，时间决定了总体形变，并且重复试验也体现出反应的材料差异。有时为了实行蠕变试验，需要在一定温度下增加载荷。最佳的镁合金能够体现出与A380合金接近的蠕变极限性能，AE合金潜力巨大。

4 镁合金的应用

4.1镁合金在航天航空的应用

航天航空工业作为一个高科技领域，而该领域中所工作的航天航空产品对其使用的材料提出了4点非常苛刻的性能要求：密度小、刚度大、减震能力强和热导率高。

镁合金自身一系列优点使得其在航天航空领域中得到巨大的发展空间。世界各国将不断的开发研究镁合金在航天航空中的应用。法国的塞德航空公司直升飞机的齿轮箱铸件是由Mg-Zn-Re-Zr镁合金铸成，在镁合金中加少量Ag，使时效强化的稀土镁合金的拉伸性能得到显著提高，如民航机的着落机轮和直升飞机旋转机翼附件等。美国已经在战斗机上应用了镁合金，稳定的提升了战斗机的作战性能。美国还最早将镁合金板材应用于火箭、螺旋桨、导弹尾翼等航天航空重要部位，这些由镁合金制造的部件的综合性能最终替代了传统使用铝合金构造件，且整体性能得到显著提升。我国近年来也将镁合金构件应用于战斗机、直升飞机、军用运输机、民航机、人造卫星、运载火箭等。变形镁合金比铸造镁合金具有更高的强度和延伸性能，比传统的变形铝合金更轻，因此在已在导弹、军用雷达、卫星和航天飞机上大量利用了各种牌号的变形镁合金。

4.2镁合金在汽车工业的应用

二十世纪以来，全球的能源危机和社会环境污染日趋严重，汽车工业作为国民经济支柱产业之一同样面临着节能减排的挑战，节能减排已成为当务之急。汽车的整体重量对其能源消耗有着至关重要的作用，汽车的自身重量与燃料的使用成正比，汽车重量的减轻就能够减少燃料的燃烧及减低废气的排放量，最终实现节能减排的效果。因此镁合金将作为汽车产业的首选新材料。目前镁合金在汽车上的应用零部件主要归纳为2类。（1）壳体类。如门框、座椅架、发动机机罩、车顶板曲轴箱、变速箱体、离合器壳体、仪表板、气缸盖等。（2）支架类。如方向盘、座椅框架、转向支架、刹车支架、分配支架等。镁合金在汽车上应用潜力最大的是整体部件，例如發动机机罩、后备行李箱盖、车顶板、车体加强板、仪表盘、保险杠、内侧车门框架和后部车厢隔板，甚至是油底盘、发动机气缸体和气缸盖等。其中有许多镁合金汽车部件已经在开发甚至开始应用。

5结束语

当今不断涌现的各种高新技术，发展速度极快。高新技术逐渐增加了对传统工艺的影响，这也是目前科学技术发展的重要趋势。传统的铸造产业，在一定程度上其发展水平对制造业的发展造成了限制与影响。镁铸造也紧密联系高新技术将是对传统的铸造业的重要改革。新技术的开发应用有效提高了企业的产品质量和经济效益，提高了企业本身的竞争能力，也是企业未来的重要发展方向。

参考文献：

[1]余继志.浅谈镁合金压铸的历史、现状和未来[_T_.特种铸造及有色合金，2009，（2）

[2]曾大本，培杰.镁合金压铸业现状与发展趋势[J].铸造，2009，（2

（作者单位：汉特曼轻金属铸造（天津）有限公司）