鎂合金鑄造方面的發(fā)展
2007-12-21 14:17:37
鎂合金具有高比強度、高比彈性模量、高阻尼減震性、高導(dǎo)熱性、高靜電屏蔽性、高機械加工性和極低的密度等優(yōu)點。
從20世紀40年代開始，鎂合金被廣泛地應(yīng)用在汽車、航空、航天等領(lǐng)域，進入90年代后期，鎂合金產(chǎn)品開始用于自行車、電子產(chǎn)品以及其他民用領(lǐng)域。
當(dāng)用鎂合金制作汽車、飛機零件時，可大大減輕重量，降低燃油消耗；當(dāng)采用鎂合金制造手機、筆記本電腦和一些家用電器的外殼時，能顯著增強產(chǎn)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(huán)境的電磁輻射危害；當(dāng)采用鎂合金制造汽車零件時，能增強汽車的安全性和舒適性。因此，世界上鎂合金在汽車和電子器材中的用量都在以20％ 的速度增長。這是近代金屬工程材料中前所未有的。另外鎂合金可全部回收利用，是有利于環(huán)保的一種綠色金屬，又被譽為“21世紀的綠色工程材料”。
1．鑄造鎂合金的發(fā)展
按成形工藝，鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金，兩者在成分、組織性能上存在很大差異。鑄造鎂合金主要用于汽車零件、機件殼罩和電氣構(gòu)件等；變形鎂合金主要用于薄板、擠壓件和鍛件等。鑄造鎂合金比變形鎂合金的應(yīng)用要廣泛得多。本文主要介紹鑄造鎂合金的發(fā)展。
鑄造鎂合金大致可以分為三個階段：
（1）第一個階段是一個基礎(chǔ)階段 主要在鎂中加入鋁和鋅，即Mg-A1-Zn系合金。這類合金可得到與鑄造鋁合金相近的抗拉強度。我國的ZM5、英國的L121及美國的AM80A都屬于這類合金，主要添加元素為鋁，而鋅的含量較低，主要是因為鋅含量增加時，容易出現(xiàn)顯微疏松。
（2）第二個階段是一個改進階段 在鎂中加入鋯，常見的含鋯合金系有Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr等。鋯在鎂合金中的主要作用就是細化鎂合金晶粒，從而提高鎂合金的屈服強度，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(jié)晶間隔較寬，容易出現(xiàn)顯微疏松和熱裂傾向。所以目前應(yīng)用最多的是不含鋯壓鑄鎂合金Mg-Al。另外為了提高鎂合金高溫抗蠕變性能，產(chǎn)生了以稀土元素為主要組元的鎂合金。
（3）第三個階段是提高階段 在鎂合金中加入銀，銀合金化后能增強時效強化效應(yīng)，大大提高了鎂合金的高溫強度和蠕變抗力，但會降低合金耐蝕性能。
2．鎂合金的液態(tài)成型方式
當(dāng)前，鎂合金的液態(tài)成型仍然以壓力鑄造、重力鑄造為主，鎂合金采用其他鑄造方式，如低壓鑄造、熔模鑄造等形式較少，其中壓鑄為鎂合金最主要的成型方式。
2.1 鎂合金壓鑄
壓鑄是鎂合金最主要、應(yīng)用最廣泛的成形工藝。因鎂合金熱流動性好，很適合于薄壁件的壓鑄生產(chǎn)。鎂合金壓鑄始于20世紀20年代中期的德國VolksWagen 汽車公司。之后，美國、前蘇聯(lián)、日本以及歐洲的一些國家相繼在汽車制造行業(yè)采用鎂合金壓鑄結(jié)構(gòu)件，如曲軸箱、傳動軸外殼、空調(diào)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降低,鎂合金開始在汽車、計算機、通訊設(shè)備上得到越來越多的應(yīng)用,其中絕大部分為鎂合金壓鑄件。
盡管世界范圍內(nèi)鎂合金及制備技術(shù)發(fā)展比較早，但是我國在解放后才開始有自己的鎂工業(yè)。近幾年來，隨著我國汽車工業(yè)、電子通訊工業(yè)的飛速發(fā)展，對鎂合金壓鑄件的需求與日俱增，我國的鎂壓鑄行業(yè)發(fā)展很快。我國鎂合金壓鑄件產(chǎn)量由1995年的1562噸提高到2005年的8960噸，7年里產(chǎn)量增長了4倍多，平均年增長率達60％。利用鎂合金壓鑄件代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鐵、鑄鋼件，甚至代替鋁壓鑄件，正成為制造業(yè)特別是汽車制造業(yè)的發(fā)展趨勢。全國已有許多家工廠在從事鎂合金壓鑄件生產(chǎn)和研究，如深圳、東莞等數(shù)家工廠在生產(chǎn)筆記本電腦外殼、手機外殼鎂合金壓鑄件等。重慶鎂業(yè)科技股份公司，將以摩托車和輕型汽車用鎂合金及其零部件為重點，同時開發(fā)鎂合金的各類加工材；青島金谷鎂業(yè)股份公司著力開發(fā)3C電子類產(chǎn)品用鎂合金制品。
雖然傳統(tǒng)的壓鑄方法生產(chǎn)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使用。為了消除這些缺陷,提高壓鑄件的內(nèi)在質(zhì)量,擴大壓鑄技術(shù)的使用范圍,專家們近些年來在傳統(tǒng)壓鑄工藝的基礎(chǔ)上研究開發(fā)了一些新的壓鑄技術(shù):如半固態(tài)壓鑄、真空壓鑄、充氧壓鑄和超高速壓鑄法等。這些新技術(shù)在消除鎂合金壓鑄件的鑄造缺陷,提高其力學(xué)性能及表面和內(nèi)在質(zhì)量上均取得良好的效果。其中真空壓鑄以其極低的鑄件含氣量、較好的設(shè)備兼容性和優(yōu)異的鑄件性能等優(yōu)點得到了高度重視和大力發(fā)展。
2.2 鎂合金重力鑄造
重力鑄造是鎂合金成型方法中比較傳統(tǒng)的，壁厚較厚的鑄件目前仍多采用這種方式。重力鑄造又包括砂型鑄造、金屬模鑄造、半金屬模鑄造、殼型鑄造、熔模鑄造。
鎂合金的砂型鑄造經(jīng)歷了自然砂、二氧化碳砂、自硬樹脂砂的發(fā)展階段。它主要用于航天領(lǐng)域，因為它們與鋁和其他材料相比具有重量輕的優(yōu)點。
熔模鑄造在鋁合金、鈦合金中應(yīng)用很廣，但在鎂合金中采用的比較少，尚處于研發(fā)
