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    鎂合金鍛造方面的發展歷程和方向

    更新時間:2014-10-27 08:43:12  點擊熱度:5746

       鎂合金具有高比強度、高比彈性模量、高阻尼減震性、高導熱性、高靜電屏蔽性、高機械加工性和極低的密度等長處。

      從20世紀40年代開端,鎂合金被廣泛地應用在轎車、航空、航天等領域,進入90年代后期,鎂合金商品開端用于自行車、電子商品以及其他民用領域。

      當用鎂合金制造轎車、飛機零件時,可大大減輕重量,下降燃油消耗;當選用鎂合金制造手機、筆記本電腦和一些家用電器的外殼時,能明顯增強商品的散熱能力和抗震能力,并能有效地減輕對人體和周圍環境的電磁輻射危害;當選用鎂合金制造轎車零件時,能增強轎車的安全性和舒適性。因而,世界上鎂合金在轎車和電子器材中的用量都在以20%的速度增加。這是近代金屬工程材料中前所未有的。別的鎂合金可全部回收利用,是有利于環保的一種綠色金屬,又被譽為“21世紀的綠色工程材料”。


       1.鍛造鎂合金的發展

      按成形技術,鎂合金可分為鍛造鎂合金和變形鎂合金,兩者在成分、組織性能上存在很大區別。鍛造鎂合金首要用于轎車零件、機件殼罩和電氣構件等;變形鎂合金首要用于薄板、擠壓件和鍛件等。鍛造鎂合金比變形鎂合金的應用要廣泛得多。本文首要介紹鍛造鎂合金的發展。

      鍛造鎂合金大致能夠分為三個階段:

      參加鋁和鋅,即Mg類合金可得到與鍛造鋁合金相近的抗拉強度。中國的ZM5、英國的L121及美國的AM80A都屬于這類合金,首要添加元素為鋁,而鋅的含量較低,首要是因為鋅含量增加時,容易出現顯微疏松。

      鋯,常見的含鋯合金系有MgE的首要作用就是細化鎂合金晶粒,從而進步鎂合金的屈服強度,并使鎂合金具有良好的抗疲勞性能和較低的缺口敏感性。缺點仍然是因為結晶間隔較寬,容易出現顯微疏松和熱裂傾向。所以當前應用最多的是不含鋯壓鑄鎂合金Mg合金高溫抗蠕變性能,發生了以稀土元素為首要組元的鎂合金。

      銀,銀合金化后能增強時效強化效應,大大進步了鎂合金的高溫強度和蠕變抗力,但會下降合金耐蝕性能。


      2.鎂合金的液態成型辦法

      當前,鎂合金的液態成型仍然以壓力鍛造、重力鍛造為主,鎂合金選用其他鍛造辦法,如低壓鍛造、熔模鍛造等形式較少,其間壓鑄為鎂合金最首要的成型辦法。

      2.1鎂合金壓鑄

      壓鑄是鎂合金最首要、應用最廣泛的成形技術。因鎂合金熱流動性好,很適合于薄壁件的壓鑄出產。鎂合金壓鑄始于20世紀20年代中期的德國VolksWagen轎車公司。以后,美國、前蘇聯、日本以及歐洲的一些國家相繼在轎車制造行業選用鎂合金壓鑄結構件,如曲軸箱、傳動軸外殼、空調機外殼、變速箱殼體、駕駛艙儀表板、輪箍、汽缸體、汽缸蓋、分配支架、油泵殼體、過濾器外殼等。自20世紀80年代以來,隨著鎂合金成本的不斷下降,鎂合金開端在轎車、核算機、通訊設備上得到越來越多的應用,其間絕大部分為鎂合金壓鑄件。

      盡管世界范圍內鎂合金及制備技術發展對比早,但是中國在解放后才開端有自己的鎂工業。近幾年來,隨著中國轎車工業、電子通訊工業的飛速發展,對鎂合金壓鑄件的需要與日俱增,中國的鎂壓鑄行業發展很快。中國鎂合金壓鑄件產值由1995年的1562噸進步到2005年的8960噸,7年里產值增加了4倍多,平均年增加率達60%。利用鎂合金壓鑄件替代傳統鑄鐵、鑄鋼件,甚至替代鋁壓鑄件,正變成制造業特別是轎車制造業的發展趨勢。全國已有許多家工廠在從事鎂合金壓鑄件出產和研究,如深圳、東莞等數家工廠在出產筆記本電腦外殼、手機外殼鎂合金壓鑄件等。重慶鎂業科技股份公司,將以摩托車和輕型轎車用鎂合金及其零部件為要點,同時開發鎂合金的各類加工材;青島金谷鎂業股份公司著力開發3C電子類商品用鎂合金制品。

      雖然傳統的壓鑄辦法出產的鎂合金壓鑄件得到廣泛利用,但其不能進行熱處理強化,也不能在較高的溫度下運用。為了消除這些缺點,進步壓鑄件的內在質量,擴大壓鑄技術的運用范圍,專家們近些年來在傳統壓鑄技術的基礎上研究開發了一些新的壓鑄技術:如半固態壓鑄、真空壓鑄、充氧壓鑄和超高速壓鑄法等。這些新技術在消除鎂合金壓鑄件的鍛造缺點,進步其力學性能及外表和內在質量上均取得良好的效果。其間真空壓鑄以其極低的鑄件含氣量、較好的設備兼容性和優異的鑄件性能等長處得到了高度重視和大力發展。

      2.2鎂合金重力鍛造

      重力鍛造是鎂合金成型辦法中對比傳統的,壁厚較厚的鑄件當前仍多選用這種辦法。重力鍛造又包括砂型鍛造、金屬模鍛造、半金屬模鍛造、殼型鍛造、熔模鍛造。

      鎂合金的砂型鍛造經歷了自然砂、二氧化碳砂、自硬□□□脂砂的發展階段。它首要用于航天領域,因為它們與鋁和其他材料相比具有重量輕的長處。

      熔模鍛造在鋁合金、鈦合金中應用很廣,但在鎂合金中選用的對比少,尚處于研發階段。2.3鎂合金低壓鍛造

      低壓鍛造是介于重力鍛造和高壓鍛造的一種鍛造辦法,具有充型平穩,補縮效果良好的特點,同時密封充型能夠防止鎂合金暴露在大氣中而引起氧化燃燒,是鎂合金成型辦法中一種對比好的辦法,但長期以來這種成型辦法在鎂合金中應用很少,首要是人們對于鎂合金低壓鍛造的進程缺乏了解。


      3.鎂合金鍛造時存在的疑問

      3.1鎂合金的熔體維護

      由于鎂合金液很容易氧化,而且外表生成的氧化膜對比疏松,因而熔煉鎂合金時,防止氧化至關重要。鎂合金的熔體維護首要有兩種辦法,即熔劑維護和氣體維護。

      當前國內外常運用的維護熔劑是商品化的RJ系列熔劑。其間,用得最廣泛的RJ鹽和氟鹽。用維護熔劑熔煉通常會帶來以下疑問:①氯鹽和氟鹽高溫下易蒸發發生有毒氣體,如HCl,HF等。②由于熔劑的密度較大,部分熔劑會隨同鎂液混入鑄型造成“熔劑夾渣”。③熔劑蒸發發生的氣體有可能滲入合金液中,變成材料運用進程中的腐蝕源,加速材料腐蝕,下降運用壽命。因而,尋找氯鹽和氟鹽的代用材料或減少氯鹽和氟鹽的運用量,減少污染,進步維護效果,是開發鎂合金熔煉維護熔劑的努力目標。

      自20世紀60年代以來,一些專家學者開端尋找氣體維護劑。經過大量實驗,發現了對鎂合金液有必定維護作用的氣體,如SF6,BF3,CF4,CClF2,CO2等。經過進一步研究,SF6的維護性能較好,運用SF6存在的疑問首要是用量的操控疑問,出產中如何根據熔煉維護狀態自動調節SF6的壓力、流量,到達既有利于維護,又減少SF6用量的意圖,仍是SF6氣體維護正在有待深入研究的課題。

      3.2鎂合金鑄件的質量疑問

      在鍛造出產中,鑄件的質量是諸多因素的綜合反映,是多技術流程配合的最終體現,與成形技術、模具條件、環境狀況等密切相關。當前鎂合金鑄件在出產中會出現變形、欠鑄、留痕、冷隔、拉痕、縮孔、裂紋等鍛造缺點。有的缺點會影響后續工序的加工質量,影響性能,下降運用壽命,甚至危及安全。為防止缺點發生,需采納必定技術對策,首要從鍛造設備、出產環境、原材料等方面提出改進意見和對策,為鍛造技術指明改進方向,進步鑄件質量。

      別的鎂合金強度不高,尚不能用于重要的結構件上;耐蝕性低,尤其是耐電化學腐蝕性能不高;高溫運用性能明顯偏低。


      4.今后的發展方向

      4.1鑄型規劃

      由于鎂合金的化學、物理參數及鍛造特性與鋁合金有很大區別,因而鑄型規劃則不能徹底套用鋁合金壓鑄型規劃原則。由于當前實踐應用的鎂合金種類很少,鎂合金鑄型的研究亦未引起重視。隨著鍛造鎂合金種類和數量的日益增多,研制開發成本較低的鑄型材料、加工技術、制定鑄型規劃原則將變成今后鎂合金鍛造不可忽視的一個課題。

      4.2鍛造進程數值模仿

      經過數值模仿,在核算機上進行虛擬鍛造成型,觀察鍛造出產全進程,了解合金液在充型和凝結進程中發生的各種現象,為型腔、澆注系統和排溢系統規劃提供更科學的依據。

      經過對充型進程流場、溫度場的數值模仿,能夠較準確地表達鍛造成型進程中流動和傳熱規律,并可精確地顯示澆不足、冷隔、熱節的位置,對進步技術規劃水平、保證成型鑄件的質量和進步出產率、延長模具的運用壽命等具有重要意義。而當前對壓鑄鎂合金的充型規律、充型性能與壓鑄技術參數的關系、充型臨界壁厚等了解甚少,因而,亟需進行系統研究。


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