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镁合金锻造方面的发展历程和方向

更新时间:2014-10-27 08:43:12  点击热度:2883

   镁合金具有高比强度、高比弹性模量、高阻尼减震性、高导热性、高静电屏蔽性、高机械加工性和极低的密度等长处。

  从20世纪40年代开端,镁合金被广泛地应用在轿车、航空、航天等领域,进入90年代后期,镁合金商品开端用于自行车、电子商品以及其他民用领域。

  当用镁合金制造轿车、飞机零件时,可大大减轻重量,下降燃油消耗;当选用镁合金制造手机、笔记本电脑和一些家用电器的外壳时,能明显增强商品的散热能力和抗震能力,并能有效地减轻对人体和周围环境的电磁辐射危害;当选用镁合金制造轿车零件时,能增强轿车的安全性和舒适性。因而,世界上镁合金在轿车和电子器材中的用量都在以20%的速度增加。这是近代金属工程材料中前所未有的。别的镁合金可全部回收利用,是有利于环保的一种绿色金属,又被誉为“21世纪的绿色工程材料”。


   1.锻造镁合金的发展

  按成形技术,镁合金可分为锻造镁合金和变形镁合金,两者在成分、组织性能上存在很大区别。锻造镁合金首要用于轿车零件、机件壳罩和电气构件等;变形镁合金首要用于薄板、挤压件和锻件等。锻造镁合金比变形镁合金的应用要广泛得多。本文首要介绍锻造镁合金的发展。

  锻造镁合金大致能够分为三个阶段:

  参加铝和锌,即Mg类合金可得到与锻造铝合金相近的抗拉强度。中国的ZM5、英国的L121及美国的AM80A都属于这类合金,首要添加元素为铝,而锌的含量较低,首要是因为锌含量增加时,容易出现显微疏松。

  锆,常见的含锆合金系有MgE的首要作用就是细化镁合金晶粒,从而进步镁合金的屈服强度,并使镁合金具有良好的抗疲劳性能和较低的缺口敏感性。缺点仍然是因为结晶间隔较宽,容易出现显微疏松和热裂倾向。所以当前应用最多的是不含锆压铸镁合金Mg合金高温抗蠕变性能,发生了以稀土元素为首要组元的镁合金。

  银,银合金化后能增强时效强化效应,大大进步了镁合金的高温强度和蠕变抗力,但会下降合金耐蚀性能。


  2.镁合金的液态成型办法

  当前,镁合金的液态成型仍然以压力锻造、重力锻造为主,镁合金选用其他锻造办法,如低压锻造、熔模锻造等形式较少,其间压铸为镁合金最首要的成型办法。

  2.1镁合金压铸

  压铸是镁合金最首要、应用最广泛的成形技术。因镁合金热流动性好,很适合于薄壁件的压铸出产。镁合金压铸始于20世纪20年代中期的德国VolksWagen轿车公司。以后,美国、前苏联、日本以及欧洲的一些国家相继在轿车制造行业选用镁合金压铸结构件,如曲轴箱、传动轴外壳、空调机外壳、变速箱壳体、驾驶舱仪表板、轮箍、汽缸体、汽缸盖、分配支架、油泵壳体、过滤器外壳等。自20世纪80年代以来,随着镁合金成本的不断下降,镁合金开端在轿车、核算机、通讯设备上得到越来越多的应用,其间绝大部分为镁合金压铸件

  尽管世界范围内镁合金及制备技术发展对比早,但是中国在解放后才开端有自己的镁工业。近几年来,随着中国轿车工业、电子通讯工业的飞速发展,对镁合金压铸件的需要与日俱增,中国的镁压铸行业发展很快。中国镁合金压铸件产值由1995年的1562吨进步到2005年的8960吨,7年里产值增加了4倍多,平均年增加率达60%。利用镁合金压铸件替代传统铸铁、铸钢件,甚至替代铝压铸件,正变成制造业特别是轿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出产和研究,如深圳、东莞等数家工厂在出产笔记本电脑外壳、手机外壳镁合金压铸件等。重庆镁业科技股份公司,将以摩托车和轻型轿车用镁合金及其零部件为要点,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电子类商品用镁合金制品。

  虽然传统的压铸办法出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运用。为了消除这些缺点,进步压铸件的内在质量,扩大压铸技术的运用范围,专家们近些年来在传统压铸技术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锻造缺点,进步其力学性能及外表和内在质量上均取得良好的效果。其间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长处得到了高度重视和大力发展。

  2.2镁合金重力锻造

  重力锻造是镁合金成型办法中对比传统的,壁厚较厚的铸件当前仍多选用这种办法。重力锻造又包括砂型锻造、金属模锻造、半金属模锻造、壳型锻造、熔模锻造。

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

  熔模锻造在铝合金、钛合金中应用很广,但在镁合金中选用的对比少,尚处于研发阶段。2.3镁合金低压锻造

  低压锻造是介于重力锻造和高压锻造的一种锻造办法,具有充型平稳,补缩效果良好的特点,同时密封充型能够防止镁合金暴露在大气中而引起氧化燃烧,是镁合金成型办法中一种对比好的办法,但长期以来这种成型办法在镁合金中应用很少,首要是人们对于镁合金低压锻造的进程缺乏了解。


  3.镁合金锻造时存在的疑问

  3.1镁合金的熔体维护

  由于镁合金液很容易氧化,而且外表生成的氧化膜对比疏松,因而熔炼镁合金时,防止氧化至关重要。镁合金的熔体维护首要有两种办法,即熔剂维护和气体维护。

  当前国内外常运用的维护熔剂是商品化的RJ系列熔剂。其间,用得最广泛的RJ盐和氟盐。用维护熔剂熔炼通常会带来以下疑问:①氯盐和氟盐高温下易蒸发发生有毒气体,如HCl,HF等。②由于熔剂的密度较大,部分熔剂会随同镁液混入铸型造成“熔剂夹渣”。③熔剂蒸发发生的气体有可能渗入合金液中,变成材料运用进程中的腐蚀源,加速材料腐蚀,下降运用寿命。因而,寻找氯盐和氟盐的代用材料或减少氯盐和氟盐的运用量,减少污染,进步维护效果,是开发镁合金熔炼维护熔剂的努力目标。

  自20世纪60年代以来,一些专家学者开端寻找气体维护剂。经过大量实验,发现了对镁合金液有必定维护作用的气体,如SF6,BF3,CF4,CClF2,CO2等。经过进一步研究,SF6的维护性能较好,运用SF6存在的疑问首要是用量的操控疑问,出产中如何根据熔炼维护状态自动调节SF6的压力、流量,到达既有利于维护,又减少SF6用量的意图,仍是SF6气体维护正在有待深入研究的课题。

  3.2镁合金铸件的质量疑问

  在锻造出产中,铸件的质量是诸多因素的综合反映,是多技术流程配合的最终体现,与成形技术、模具条件、环境状况等密切相关。当前镁合金铸件在出产中会出现变形、欠铸、留痕、冷隔、拉痕、缩孔、裂纹等锻造缺点。有的缺点会影响后续工序的加工质量,影响性能,下降运用寿命,甚至危及安全。为防止缺点发生,需采纳必定技术对策,首要从锻造设备、出产环境、原材料等方面提出改进意见和对策,为锻造技术指明改进方向,进步铸件质量。

  别的镁合金强度不高,尚不能用于重要的结构件上;耐蚀性低,尤其是耐电化学腐蚀性能不高;高温运用性能明显偏低。


  4.今后的发展方向

  4.1铸型规划

  由于镁合金的化学、物理参数及锻造特性与铝合金有很大区别,因而铸型规划则不能彻底套用铝合金压铸型规划原则。由于当前实践应用的镁合金种类很少,镁合金铸型的研究亦未引起重视。随着锻造镁合金种类和数量的日益增多,研制开发成本较低的铸型材料、加工技术、制定铸型规划原则将变成今后镁合金锻造不可忽视的一个课题。

  4.2锻造进程数值模仿

  经过数值模仿,在核算机上进行虚拟锻造成型,观察锻造出产全进程,了解合金液在充型和凝结进程中发生的各种现象,为型腔、浇注系统和排溢系统规划提供更科学的依据。

  经过对充型进程流场、温度场的数值模仿,能够较准确地表达锻造成型进程中流动和传热规律,并可精确地显示浇不足、冷隔、热节的位置,对进步技术规划水平、保证成型铸件的质量和进步出产率、延长模具的运用寿命等具有重要意义。而当前对压铸镁合金的充型规律、充型性能与压铸技术参数的关系、充型临界壁厚等了解甚少,因而,亟需进行系统研究。