镁合金铸造方面的发展

x0ppr5y · 发表于 2011-8-24 19:13

摘要：本文简要介绍铸造镁合金的发展、镁合金的几种液态成型方式以及镁合金铸件存在问题，最后提出镁合金铸造今后的发展。
关键词：镁合金铸造液态成型

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优点。

从20世纪40年代开始，镁合金被广泛地应用在汽车、航空、航天等领域，进入90年代后期，镁合金产品开始用于自行车、电子产品以及其他民用领域。

当用镁合金制作汽车、飞机零件时，可大大减轻重量，降低燃油消耗；当采用镁合金制造手机、笔记本电脑和一些家用电器的外壳时，能显著增强产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；当采用镁合金制造汽车零件时，能增强汽车的安全性和舒适性。因此，世界上镁合金在汽车和电子器材中的用量都在以20％的速度增长。这是近代金属工程材料中前所未有的。另外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．铸造镁合金的发展

按成形工艺，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金，两者在成分、组织性能上存在很大差异。铸造镁合金主要用于汽车零件、机件壳罩和电气构件等；变形镁合金主要用于薄板、挤压件和锻件等。铸造镁合金比变形镁合金的应用要广泛得多。本文主要介绍铸造镁合金的发展。

铸造镁合金大致可以分为三个阶段：

（1）第一个阶段是一个基础阶段主要在镁中加入铝和锌，即Mg-A1-Zn系合金。这类合金可得到与铸造铝合金相近的抗拉强度。我国的ZM5、英国的L121及美国的AM80A都属于这类合金，主要添加元素为铝，而锌的含量较低，主要是因为锌含量增加时，容易出现显微疏松。

（2）第二个阶段是一个改进阶段在镁中加入锆，常见的含锆合金系有Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr等。锆在镁合金中的主要作用就是细化镁合金晶粒，从而提高镁合金的屈服强度，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。所以目前应用最多的是不含锆压铸镁合金Mg-Al。另外为了提高镁合金高温抗蠕变性能，产生了以稀土元素为主要组元的镁合金。

（3）第三个阶段是提高阶段在镁合金中加入银，银合金化后能增强时效强化效应，大大提高了镁合金的高温强度和蠕变抗力，但会降低合金耐蚀性能。

2．镁合金的液态成型方式

当前，镁合金的液态成型仍然以压力铸造、重力铸造为主，镁合金采用其他铸造方式，如低压铸造、熔模铸造等形式较少，其中压铸为镁合金最主要的成型方式。

2.1 镁合金压铸

压铸是镁合金最主要、应用最广泛的成形工艺。因镁合金热流动性好，很适合于薄壁件的压铸生产。镁合金压铸始于20世纪20年代中期的德国VolksWagen 汽车公司。之后，美国、前苏联、日本以及欧洲的一些国家相继在汽车制造行业采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降低,镁合金开始在汽车、计算机、通讯设备上得到越来越多的应用,其中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比较早，但是我国在解放后才开始有自己的镁工业。近几年来，随着我国汽车工业、电子通讯工业的飞速发展，对镁合金压铸件的需求与日俱增，我国的镁压铸行业发展很快。我国镁合金压铸件产量由1995年的1562吨提高到2005年的8960吨，7年里产量增长了4倍多，平均年增长率达60％。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、铸钢件，甚至代替铝压铸件，正成为制造业特别是汽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生产和研究，如深圳、东莞等数家工厂在生产笔记本电脑外壳、手机外壳镁合金压铸件等。重庆镁业科技股份公司，将以摩托车和轻型汽车用镁合金及其零部件为重点，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电子类产品用镁合金制品。

虽然传统的压铸方法生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使用。为了消除这些缺陷,提高压铸件的内在质量,扩大压铸技术的使用范围,专家们近些年来在传统压铸工艺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铸造缺陷,提高其力学性能及表面和内在质量上均取得良好的效果。其中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优点得到了高度重视和大力发展。

2.2 镁合金重力铸造

重力铸造是镁合金成型方法中比较传统的，壁厚较厚的铸件目前仍多采用这种方式。重力铸造又包括砂型铸造、金属模铸造、半金属模铸造、壳型铸造、熔模铸造。

镁合金的砂型铸造经历了自然砂、二氧化碳砂、自硬树脂砂的发展阶段。它主要用于航天领域，因为它们与铝和其他材料相比具有重量轻的优点。
熔模铸造在铝合金、钛合金中应用很广，但在镁合金中采用的比较少，尚处于研发阶段。

2.3 镁合金低压铸造

低压铸造是介于重力铸造和高压铸造的一种铸造方法，具有充型平稳，补缩效果良好的特点，同时密封充型可以防止镁合金暴露在大气中而引起氧化燃烧，是镁合金成型方法中一种比较好的方式，但长期以来这种成型方式在镁合金中应用很少，主要是人们对于镁合金低压铸造的过程缺乏了解。

3．镁合金铸造时存在的问题

3.1 镁合金的熔体保护

由于镁合金液很容易氧化,而且表面生成的氧化膜比较疏松,因此熔炼镁合金时,防止氧化至关重要。镁合金的熔体保护主要有两种方法,即熔剂保护和气体保护。

目前国内外常使用的保护熔剂是商品化的RJ系列熔剂。其中，用得最广泛的RJ-2熔剂的组分主要为氯盐和氟盐。用保护熔剂熔炼通常会带来以下问题：①氯盐和氟盐高温下易挥发产生有毒气体，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熔剂挥发产生的气体有可能渗入合金液中，成为材料使用过程中的腐蚀源，加速材料腐蚀，降低使用寿命。因此，寻找氯盐和氟盐的代用材料或减少氯盐和氟盐的使用量，减少污染，提高保护效果，是开发镁合金熔炼保护熔剂的努力目标。

自20世纪60年代以来，一些专家学者开始寻找气体保护剂。通过大量实验，发现了对镁合金液有一定保护作用的气体，如SF6，BF3，CF4，CClF2，CO2等。通过进一步研究，SF6的保护性能较好，使用SF6存在的问题主要是用量的控制问题，生产中如何根据熔炼保护状态自动调节SF6的压力、流量，达到既有利于保护，又减少SF6用量的目的，仍是SF6气体保护正在有待深入研究的课题。

3.2 镁合金铸件的质量问题

在铸造生产中，铸件的质量是诸多因素的综合反映，是多工艺流程配合的最终体现，与成形工艺、模具条件、环境状况等密切相关。目前镁合金铸件在生产中会出现变形、欠铸、留痕、冷隔、拉痕、缩孔、裂纹等铸造缺陷。有的缺陷会影响后续工序的加工质量，影响性能，降低使用寿命，甚至危及安全。为避免缺陷产生，需采取一定工艺对策，主要从铸造设备、生产环境、原材料等方面提出改进意见和对策，为铸造工艺指明改进方向，提高铸件质量。

另外镁合金强度不高，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；高温使用性能明显偏低。

4．今后的发展方向

4.1 铸型设计

由于镁合金的化学、物理参数及铸造特性与铝合金有很大差异，因此铸型设计则不能完全套用铝合金压铸型设计原则。由于目前实际应用的镁合金种类很少，镁合金铸型的研究亦未引起重视。随着铸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、加工工艺、制定铸型设计原则将成为今后镁合金铸造不可忽视的一个课题。

4.2 铸造过程数值模拟

通过数值模拟，在计算机上进行虚拟铸造成型，观察铸造生产全过程，了解合金液在充型和凝固过程中发生的各种现象，为型腔、浇注系统和排溢系统设计提供更科学的依据。

通过对充型过程流场、温度场的数值模拟，能够较准确地表达铸造成型过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，对提高工艺设计水平、保证成型铸件的质量和提高生产率、延长模具的使用寿命等具有重要意义。而目前对压铸镁合金的充型规律、充型性能与压铸工艺参数的关系、充型临界壁厚等了解甚少，因此，亟需进行系统研究。

参考文献：
1．丁文江. 镁合金科学与技术[M]. 北京：科学出版社，2007.1
2．赵浩峰. 镁合金及复合材料[M]. 北京：中国科学技术出版社，2003
3．唐春龙. 镁合金的特性及其在汽车制造业中的应用[J]. 中国科技信息，2005.21
4．传海军，黄晓峰，毛祖莉. 压铸技术在镁合金中的应用与发展[J]. 铸造技术，2007.8
5．聂小武. 镁合金铸造技术研究[J]. 机械工人，2007.2
6．翟春泉，秦富生，陈恭努等. 镁合金研制的最新发展[J]. 铸造纵横，2006.10(end)

＆金钥匙＆ · 发表于 2012-10-13 21:50

镁合金压铸不错，学习下

3057701910 · 发表于 2014-10-9 15:12

　　关于举办“2014(第三届)国际交通运输装备轻量化峰会”的通知

　　各有关单位：
　　在轻量化产业发展新形势下，各大汽车、轨道交通、航空和船艇等交通运输装备生产厂商纷纷开始思考如何“瘦身减重”，如何推动高强钢、轻合金、碳纤维复合材料及工程塑料等新型轻质材料的大规模应用，解决材料应用过程存在的成型、连接技术及加工工艺问题，有效降低新材料应用的成本，以尽快在市场竞争中占据主导，成为未来轻量化技术发展的焦点问题。
　　在此背景下，为了把握全球绿色经济和轻量化战略发展方向，促进轻质材料在交通运输装备领域的应用，加强国内外行业间的信息共享，在连续两年成功举办“国际交通运输装备轻量化峰会”的基础上，“2014(第三届)国际交通运输装备轻量化峰会”将于12月4-5日在上海再次隆重召开。本届峰会以“轻量化和我们的绿色未来”为主题，探讨汽车、轨道交通、航空和船艇四大交通运输领域轻量化发展未来趋势，剖析国内外轻量化设计典型案例，比较不同轻质材料应用前景及优势，开展产品的轻量化设计技术、材料应用技术和制造技术的一体化，提升加工制造工艺水平，促进产、学、研、用一体化合作共赢等热点议题。
　　峰会同期还将举行“TELS轻量化展”以供企业产品推广与贸易洽谈。来自国内外60余家的产业园区、主机厂、一二级供应商、高校以及科研机构等将展示轻量化技术成果，涵盖铝镁合金、复合材料等轻质材料，成型技术、连接技术等先进轻量化制造技术，发动机、保险杠、车身件、内饰件等轻量化零部件，以及产业园区成果展示，汽车、飞机、高铁和船艇轻量化整体设计方案，共同推进中国交通运输装备轻量化产业的快速发展。

　　一、时间地点
　　时间：2014年12月4-5日地点：中国·上海

　　二、组织机构
　　联合主办单位：上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心，南京航空航天大学复合材料工程自动化技术研究中心，西南交通大学交通运输装备轻量化研究所，中国航空学会结构设计与强度分会，上海船舶工业行业协会，《先进制造业》全媒体

　　承办单位：上海闻鼎信息科技有限公司，闻泰会展服务(上海)有限公司

　　支持单位：德国弗劳恩霍夫协会，机械科学研究总院，德国中小企业联合会，上海有色金属行业协会，上海市压铸技术协会，吉林省汽车工程学会，江苏省轨道交通产业技术协会，江苏省航空航天学会，上海市汽车工程学会汽车测试专业委员会，中国机械工程学会铸造分会铸铁及熔炼技术委员会

　　特别支持媒体：第一压铸网，先进制造业网

　　三、部分嘉宾与企业
　　部分嘉宾
　　丁文江，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心主任
　　顾翔华，中国汽车工业学会，特别顾问
　　张士宏，中国科学院金属研究所，研究员
　　朱知寿，中国航空工业集团公司钛合金材料技术，首席技术专家
　　熊守美，清华大学，教授
　　权高峰，西南交通大学交通运输装备轻量化研究所，所长
　　Ruediger Heim，德国弗劳恩霍夫协会结构耐久性与系统可靠性研究所，部长
　　Thomas Reichenbach，德国中小企业联合总会，首席代表
　　刘波，重庆长安汽车股份有限公司，室主任
　　David Wennberg，Interfleet Technology AG，顾问
　　凌天钧，上汽集团新能源和技术管理部，总工程师
　　熊飞，长城汽车股份有限公司，汽车轻量化技术总监
　　肖阳，中国铝业郑州研究院轻金属材料研究所，所长
　　洪伟，驶多飞集团，中国区总经理
　　俞麒峰，中国商飞上海飞机设计研究院，副部长

　　部分企业
　　中国南车，中国北车，庞巴迪，阿尔斯通，川崎重工，齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司;上海汽车，中国一汽，北汽福田，东风，奥迪，宝马，本田，丰田，长安，吉利，通用，大众，奔驰，奇瑞，江淮，标致雪铁龙，菲亚特;成都飞机工业(集团)有限责任公司，中国商飞航空制造技术研究所，空中客车(天津)总装有限公司，庞巴迪宇航工业集团，机械科学研究总院

　　四、主题与报告内容
　　主题：轻量化和我们的绿色未来
　　报告主要内容：
　　1. 轻量化材料发展机遇与挑战
　　2. 新形势下复合材料发展及应用过程中所面临的问题
　　3. 钛及钛合金制造、加工及应用技术新进展
　　4. CAE技术在轻量化结构设计和多材料应用方面取得的最新进展
　　5. 钢铝接合紧固技术的最新进展及多材料设计的成本平衡策略
　　6. 新材料的表面处理——交通运输中如何增强新材料的使用寿命
　　7. 基于量产的碳纤维复合材料零部件制造工艺
　　8. 交通装备用大断面和复杂断面铝合金挤压成型技术介绍及案例分析
　　9. 超轻镁锂合金的研究与应用进展
　　10. 改性塑料帮助汽车制造商降低成本
　　11. NVH材料市场与轻量化
　　12. 超级激光焊接在汽车和航空中应用
　　13. 金属与塑料复合材料在航空座椅方面的应用
　　14. 如何协同汽车OEM设计开发轻量化塑料部件产品
　　15. 全球轨道车辆挤压铝材生产企业概况

　　五、参展范围
　　1. 汽车、轨道交通、民用飞机、船舶及其零部件的轻量化新产品与相关技术;
　　2. 交通运输领域、材料和装备领域的地方产业园区;
　　3. 高校及科研机构研究成果;
　　4. 金属材料：高强度钢、特殊钢材、激光焊拼钢板等;铝合金、镁合金、镁铝合金、钛合金等;铜、钛、镁等;
　　5. 非金属材料：改性塑料;通用工程塑料;工程塑料及成型材料;塑料合金;车用塑性材料：聚氨脂、聚脂、树脂及固化剂等;车用玻璃材料 ;车用橡胶材料;车用胶粘剂;车用摩擦材料;车用硅胶材料;零部件制造用化学品和材料;
　　6. 材料成型技术与设备、加工技术与设备;
　　7. 原材料及材料检测设备;
　　8. 涂层和表面处理;
　　9.设计与仿真软件提供商及其他相关单位。

　　六、往届回顾

首届TELS在业内同仁的期盼中应运而生，于2012年12月6-7日在上海银河宾馆隆重举行。大会获得了来自制造业各个分支系统的行业支持以及业内专家的智力支持。大会策划之初就定下产学研相结合，以市场需求为导向，多行业交叉互通互益的宗旨。大会架构设定为1个主论坛+3个分论坛，在模式上也力求创新首次尝试了会+展的全新模式，将校企联动、技术对接落到实处。与会嘉宾包括来自汽车、民用飞机、轨交3大领域的行业协会、科研院所、企事业单位。

　　在首届TELS圆满成功的基础上，以“新材料新技术新装备新机遇”为主题的第二届TELS续写了新的篇章，2013年11月6-7日历经一年组委会在充分调研了市场需求及业内焦点、技术难点的基础上，同期举办汽车轻量化论坛、轨道交通车辆轻量化论坛、民用飞机轻量化论坛和船舶轻量化论坛，并开设新产品展示区和贸易洽谈区，为企业提供“演讲+展示+贸易洽谈”的三重平台和“一站式”互动交流机会。

同时，组委会上海闻鼎信息科技有限公司积极整合行业资源，联合了西南交通大学交通运输装备轻量化研究所、中国第一汽车集团公司规划部、江苏省轨道交通产业技术协会、中国航空学会结构设计与强度分会、江苏省航空航天学会、上海船舶工业行业协会共同主办。吸引了来自政府职能部门、行业协会、主机厂、一二级供应商、科研机构等400余人参与峰会。

亲爱的朋友，我们的绿色未来需要大家的共同参与，欢迎您的加入!冬天即将到来，轻量化的春天还会远吗?今冬12月，我们汇聚一堂，共议轻量化;今冬12月，我们不见不散!

3057701910 · 发表于 2014-10-9 15:13

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