第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、鑄造鎂合金

1）壓鑄

壓鑄是鎂合金最主要、應(yīng)用最廣泛的成形工藝。鎂合金有優(yōu)良的壓鑄工藝性能：鎂合金液粘度低，流動性好，易于充滿復(fù)雜型腔。用鎂合金可以很容易地生產(chǎn)壁厚1.0mm～2.0mm的壓鑄件，現(xiàn)在最小壁厚可達0.6mm。鎂壓鑄件的鑄造斜度為1.5，而鋁合金是2～3度。鎂壓鑄件的尺寸精度比鋁壓鑄件高50％。鎂合金的熔點和結(jié)晶潛熱都低于鋁合金，壓鑄過程中對模具沖蝕比鋁合金小，且不易粘型，其模具壽命可比鋁合金件長2—4倍。鎂合金件壓鑄周期比鋁件短，因而生產(chǎn)效率可比鋁合金提高25％。鎂合金鑄件的加工性能優(yōu)于鋁合金鑄件，鎂合金件的切削速度可比鋁合金件提高50％，加工耗能比鋁合金件低50％。生產(chǎn)經(jīng)驗表明由于生產(chǎn)效率高，熱室壓鑄的鎂合金小件的總成本低于冷室壓鑄的鋁合金同樣件。

壓鑄鎂合金可按其成分分為四個系列：AZ(Mg—AL—Zn)系列(AZ91)、AM(Mg—AL—Mn)系列(AM60、AM50)、AS(Mg-A1-Si系列(AS41、AS21)、AE(Mg-AL-RE)系列(AEA2)。

AZ系列合金AZ91具有良好的鑄造性能和最高的屈服強度，其壓鑄件廣泛應(yīng)用于汽車座椅、變速箱外殼等多種形式部件。AM系列合金AM50、AM60具有較高的延伸率和韌性，用于抗沖擊載荷、安全性高的場合如車輪、車門等。AS系列的鎂合金AS41、AS21和AE系列的AFA2是20世紀(jì)70年代開發(fā)的耐熱壓鑄鎂合金。

鎂合金壓鑄中廣泛采用冷、熱室壓鑄方法。一般薄壁鑄件采用熱室壓鑄機，厚壁鑄件采用冷室壓鑄機。鎂合金熱室壓鑄機是目前國外使用數(shù)量最多的鎂合金壓鑄專用設(shè)備，具有生產(chǎn)效率高，澆注溫度低，注型壽命長，易實現(xiàn)熔體保護等特點。主要缺點是設(shè)備成本和維修費用較高。

鎂合金壓鑄時，合金液沖填壓型時的高速湍流運動，使腔內(nèi)氣體無法排出，會導(dǎo)致組織疏松，甚至鑄件表面鼓包或變形。壓鑄工藝參數(shù)如壓力、速度、熔體溫度、模具溫度等對鑄件性能都有顯著影響。許多新壓鑄方法，包括真空壓鑄、充氧壓鑄和擠壓鑄造等一定程度上克服了以上缺點，減少了鑄件組織疏松和氣孔等缺陷，提高了鑄件致密度。美國俄亥俄州精密成型公司C.Rozak介紹了鎂合金的金屬壓縮成型技術(shù)(MCF)在整個鑄件表面加壓的成型方法，在壓力下凝固，改善了微觀組織，減少了晶粒尺寸和孔隙率，鑄件致密均勻，可用于生產(chǎn)性能要求高、形狀復(fù)雜的鑄件。

2）熔模鑄造

熔模鑄造是目前國際上較為先進的鑄造技術(shù)之一。熔模鑄造從原理上講適合于制備小體積高精密的鑄件。目前它已用于生產(chǎn)鋁合金甚至鎳基超合金。在鎂合金鑄件的發(fā)展歷程中，有些工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一些部位壁厚非常薄，并且對表面粗糙度和尺寸公差要求嚴(yán)格，則可以采用熔模鑄造來生產(chǎn)。

采用熔模鑄造法生產(chǎn)鑄件時具有不需取模、無型芯和無分型面等特點，因而其鑄件的尺寸精度和表面粗糙度接近于熔模精鑄件。此外，熔模鑄造為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分的自由度，原來多個零件組裝的構(gòu)件，可以通過分片制型后粘合成一體實現(xiàn)整體澆注，因此可以經(jīng)濟地生產(chǎn)許多復(fù)雜零件。但是，熔模鑄造的設(shè)備投入和單位鑄造成本高，工件尺寸有限。此外，鎂與熔模鑄型材料和粘結(jié)材料用氧化物陶瓷之間存在高活性反應(yīng)，從而大大地限制了其應(yīng)用。生產(chǎn)鎂合金薄壁件時需要預(yù)熱鑄型以便填充薄壁部位，然而預(yù)熱溫度和澆注溫度過高將促進鎂合金與鑄型間的反應(yīng)。有 研究 表明采用低的鑄型預(yù)熱溫度時，ZrO2是一種很有前景的鑄型材料。

3）消失模鑄造

消失模鑄造是一種近無余量、精確成型的新型鑄造技術(shù)，它具有許多的優(yōu)點，如，型砂不需要粘結(jié)劑、鑄件落砂及砂處理系統(tǒng)十分簡便，容易實現(xiàn)清潔生產(chǎn)；鑄件沒有分型面及起模斜度，可使鑄件的結(jié)構(gòu)高；加工裝配時間減少，鑄件成本可下降10％—30％等等。

初步試驗 研究 表明，鎂合金的特點非常適合消失模鑄造工藝，因為鎂合金的消失模鑄造除具有以上特點外，還具有如下獨特的優(yōu)點：①鎂合金在澆注溫度下，泡沫模樣的分解產(chǎn)物主要為烴類、苯類和苯乙烯等氣霧物質(zhì)，它們對沖型成型時極易氧化的液態(tài)鎂合金具有自然的保護作用；②采用干砂負壓造型避免了鎂合金液與型砂中水分的接觸和由此而引起的鑄件缺陷；③與目前普遍采用的鎂合金壓鑄工藝相比較，其投資成本大為降低，干砂良好地退讓性減輕了鎂合金凝固收縮時的熱裂傾向；金屬液較慢和平穩(wěn)的充型速度避免了氣體的卷入，使鑄件可經(jīng)熱處理進一步提高其力學(xué)性能。所以，鎂合金的消失模鑄造具有較巨大的應(yīng)用前景。

鎂合金的凝固和化學(xué)性能方面的特點，使得鎂合金在消失模鑄造中產(chǎn)生了很多問題，特別是澆不足和氧化燃燒。由于鎂合金低的密度和比熱容，氣化泡沫模樣所需要的熱量來自高溫液態(tài)鎂合金的潛熱從而阻礙了充型，而且鎂合金的結(jié)晶溫度范圍寬，因此消失模充型時金屬液的壓頭作用小，極易過早停止流動，產(chǎn)生澆不足缺陷。鎂合金的化學(xué)反應(yīng)可能通過使用在鎂合金砂型鑄造工業(yè)中應(yīng)用的阻燃劑和輔助使用高孑L隙率的模樣涂料進行控制，還可以采用可控氣氛進行防止?jié)沧r的氧化燃燒。另外，高密度的泡沫模樣吸收更多的熱量，產(chǎn)生更多的液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)物，降低了鎂合金的充型性。但泡沫模樣在澆注過程中產(chǎn)生的還原性氣氛降低甚至阻止鎂合金的氧化燃燒，保證了鎂合金在加工成型過程中的安全性，也有利于保證鎂合金熔體的潔凈優(yōu)質(zhì)。

2、變形鎂合金

1）塑性變形

變形鎂合金中，常用的合金系是Mg—Al—Zn系與Mg—Zn—Zr系。Mg—Al—Zn系變形合金——般屬于中等強度、塑性較高的變形材料，鋁在鎂中的含量為0—8％，典型合金為AZ31、AZ61和AZ81合金，由于Mg—Al合金具有良好的強度、塑性綜合性能，而且價格較低，因此是最常用的合金系。Mg—Zn—Zr系合金一般屬于高強度材料，其變形能力不如Mg—Al系合金，一般采用擠壓工藝生產(chǎn)，典型合金為ZK60合金。屬高強度變形鎂合金的還有Mg—Mn系，其最主要的優(yōu)點是具有優(yōu)良的抗蝕性和可焊性，但鑄造性能差，收縮率大，有熱裂傾向，應(yīng)用較少。另外，添加Nd、Th、Yb、Sc和Mn等元素可顯著提高變形鎂合金的耐蝕性。

目前鎂合金的塑性成形過程主要為鍛造和擠壓，少量為軋制成形，且均需采用熱加工方式。因此，變形溫度是重要參數(shù)，同時變形速率和應(yīng)力狀態(tài)也是重要的考慮因素。

1)鍛壓成形：鎂合金鍛造性能取決于3個因素：合金的凝固溫度、變形速率及晶粒大小。為了保證良好的加工性能必須采用具有可鍛性的AZ和ZK系鎂合金坯料或坯棒。這兩系合金可通過添加晶粒細化劑和合金元素得到滿意的晶粒尺寸。但鑄造組織的晶粒度一般不符合鍛造要求，須先將鑄錠加以擠壓，得到鍛造所需晶粒尺寸，再以高變速率鍛造成形。鎂合金在其固相線溫度以下55℃范圍內(nèi)進行鍛造，鍛造溫度過低可能形成裂紋。液壓機和低速機械壓力機是其模鍛的常用設(shè)備。

2)擠壓成形：鎂合金可以擠壓成各種管材、棒材和型材。包括帶凹角和暗槽的型材，大直徑和變截面厚度的薄壁管等難加工的產(chǎn)品。擠壓材料也是AZ和ZK系鎂合金，溫度一般控制在300℃—460℃之間，具體溫度的選擇還和特定的合金牌號和擠壓形狀有關(guān)。因為鎂在變形過程中會產(chǎn)生大量熱，所以擠壓過程中必須充分冷卻，否則合金溫度可能超過固相線溫度而導(dǎo)致開裂。

3)軋制成形：鑄造成平面形狀且有圓形邊緣的鎂錠可以用來進行厚板和薄板的軋制。一般鎂合金厚板厚度范圍為11.0mm—70mm，薄板厚度為0.8mm—10mm。鎂合金的冷軋性能不佳，一般厚板可以在熱軋機上直接生產(chǎn)，而薄板一般采用冷軋和溫軋兩種方式生產(chǎn)。

鎂合金熱軋時，一方面要保證鑄態(tài)組織得到充分變形，達到改善組織的目的，因此要有一定的變形量；另外，由于多晶鎂合金滑移系少，晶粒不易產(chǎn)生宏觀屈服而易在晶界產(chǎn)生大的應(yīng)力集中，合金很容易發(fā)生晶間斷裂。試驗 研究 發(fā)現(xiàn)開坯時首次變形量控制在壓下量s二30％左右最合適。鎂合金板材在軋制以后一般要進行退火及熱處理，加工組織發(fā)生再結(jié)晶。其退火溫度應(yīng)選擇在靠近完全再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)。

2）超塑性變形

超塑性是指晶體材料在拉伸時表現(xiàn)出大的應(yīng)變。已有的 研究 結(jié)果表明，鎂合金在一定條件下不但具有很高的塑性，而且甚至出現(xiàn)明顯的超塑性。當(dāng)晶粒細化到一定程度(約10—6m)，鎂合金可獲得相對的超塑性。通常超塑性現(xiàn)象主要發(fā)生在高溫(約等于0.7Tm，Tm為材料的熔點)，應(yīng)變速率相對較低，工業(yè)生產(chǎn)中受到限制。Langdon提出了超塑性變形的兩個必要條件：①局部縮頸受到限制；②空洞內(nèi)部相互連接受到抑制。目前，采用高應(yīng)變速率超塑性成形和低溫超塑性成形獲得細小晶粒。其中，等通道角擠壓技術(shù)是低溫超塑性的一種方法，在200℃溫度下可使AZ91鎂合金延伸率達到675％。

3）半固態(tài)成形

半固態(tài)成形技術(shù)，是在金屬凝固過程中，將結(jié)晶過程控制在固—液兩相共存溫度，并通過劇烈攪拌破碎枝晶組織，從而獲得一種金屬母液中懸浮一定固相成分的固—液?昆合漿料，再采用壓鑄、模鍛等成形加工工藝進行的金屬成形技術(shù)。半固態(tài)加工，是一種新型、先進的工藝方法，與傳統(tǒng)液態(tài)鑄造成形相比，具有成形溫度低(鎂合金可降低100℃左右)，延長模具的壽命，改善生產(chǎn)條件和環(huán)境，細化晶粒，減少氣孔、縮孔，提高組織致密性，提高鑄件質(zhì)量等優(yōu)點，被認為是21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的精密成形技術(shù)之一。根據(jù)工藝流程的不同，半固態(tài)成形通常分為流變鑄造(Rheocasting)和觸變鑄造(Thixocasting)兩類：流變鑄造是對冷卻過程中的金屬液進行攪動，將形成的固相枝晶破碎，形成一定固相分數(shù)的半固態(tài)金屬漿料，然后將漿料注入壓鑄機或擠壓機內(nèi)成形(俗稱“一步法”)；而觸變鑄造是先由連鑄等方法制得具有半固態(tài)金屬組織的錠坯，然后切成所需長度，用二次加熱裝置再加熱到半固態(tài)狀態(tài)，最后移送至壓鑄機等再壓鑄或擠壓成形(俗稱“兩步法”)。

半固態(tài)成形過程一般包括非枝晶組織的制備、二次加熱和半固態(tài)成形3個步驟。制備非枝晶組織的坯料是半固態(tài)成形的前提，機械攪拌法是最早采用的方法，其設(shè)備構(gòu)造簡單，但工藝參數(shù)不易控制，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。目前工業(yè)化生產(chǎn)中，應(yīng)用最為廣泛的方法有：電磁攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)和半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?SSIT)以及化學(xué)晶粒細化法等。

4）其它成形方法

鎂合金材料的其他制備方法還有擠壓鑄造法，粉末冶金法，噴射沉積法，真空浸漬法以及目前僅用于Mg—Li基復(fù)合材料的薄膜冶金法等。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

鋁合金型材的工藝流程

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

1、鑄造材料

開發(fā)優(yōu)質(zhì)鋁合金材料，特別是鋁基復(fù)合材料。 研究 鋁合金中合金化元素的作用原理及鋁合金強化途徑。 研究 降低合金中Fe、Si、Zn含量，提高合金強韌性的方法及合金熱處理強化的途徑。

開展鑄造合金成分的計算機優(yōu)化設(shè)計，重點模擬設(shè)計性能優(yōu)異的鑄造合金，實現(xiàn)成分、組織與性能的最佳匹配。

2、合金熔煉

鋁合金鑄件生產(chǎn)中，著重解決無污染、高效、操作簡便的精煉技術(shù)、變質(zhì)技術(shù)、晶粒細化技術(shù)和爐前快速檢測技術(shù)，針對不同牌號、不同用途的合金，采用計算機數(shù)值模擬技術(shù) 研究 固溶、時效處理工藝參數(shù)的優(yōu)化，以發(fā)揮材料潛能、提高材料性能。引進和消化RID、FI等先進精煉技術(shù)，提高鋁合金熔煉水平。

深入 研究 鎂合金熔煉工藝，加強鎂合金熔煉用無污染高效熔劑的系列化商品化和氣體保護技術(shù)開發(fā)，強化高純鑄造鎂合金材料、鎂-稀土耐熱鑄造鎂合金材料及鎂基復(fù)合材料的鑄造、回收、重熔技術(shù)的開發(fā)，進一步加強鎂合金壓鑄、擠壓鑄造技術(shù)的 研究 和開發(fā)，以適應(yīng)我國汽車業(yè)發(fā)展的需求。

3、特種鑄造

深入 研究 壓鑄充型、凝固規(guī)律，開發(fā)新型壓鑄設(shè)備及控制系統(tǒng)，改善液面加壓系統(tǒng)性能以滿足工藝要求；開展半固態(tài)合金壓鑄及新型壓鑄涂料 研究 ；開發(fā)新壓鑄技術(shù)及金屬基復(fù)合材料、鎂合金、高鋁鋅基合金等壓鑄新合金材料；采用快速原型制造技術(shù)制作壓鑄模。開發(fā)能與工藝密切結(jié)合可滿足各種工藝參數(shù)要求的低壓鑄造設(shè)備；推行低壓鑄造模具CAD、合金液填充和凝固過程模擬，使模具滿足充填鑄型時平穩(wěn)流動、順序凝固、及時、充分補縮的要求；開發(fā)高度自動化的低壓鑄造機和高可靠性零部件；開發(fā)復(fù)雜、薄壁、致密壓鑄件生產(chǎn)技術(shù)，推動低壓鑄造向差壓鑄造的發(fā)展。

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