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镁合金的几种成型工艺

作者:明镁科技 日期:2019-10-30

     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。
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