第29卷 第3期湖 南 大 学 学 报 (自然科学版)V o1.29,N o.3 2002年6月Jou rnal of H unan U n iversity(N atu ral Sciences Editi on)Jun.2002文章编号:100022472(2002)0320112205
叶久新，陈明安，周 健，付杰兴
(湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410082)
摘 要：论述了镁合金的性能优点，介绍了镁合金材料及其熔炼方面的
研究进展，以及镁合金普通压铸法、真空压铸法、半固态压铸、触模成型和喷
射成型等成型工艺的特点，指出了我国镁合金的应用前景Λ
关键词：镁合金；熔炼；成型；应用
福特蒙迪欧价格中图分类号:T G14612 文献标识码: A
strial A pp licati on s of M agnesium A lloys and T heir
M o lten Fo rm ing P rocessing
YE J iu2x in,CH EN M ing2an,ZHOU J ian,FU J ie2x ing (Co llege of M aterials Science and Engineering,H unan U n iv,Changsha 410082,Ch ina)
Abstract:Perfo rm ance p rop erties of M agnesium alloys and research p rogresses on th is k ind of m aterial and the related s m elting techn iques are described.Characteristics of the m o lten fo rm ing p rocesses such as die casting,vacuum die casting,sem i2so lid fo rm2 ing,th ixom o lding,and sp ray depo siti on are p resen ted and discu ssed.T he po ten tial app li2 cati on s of th is alloys in Ch ina is po in ted ou t.
Key words:M agnesium alloy;s m elting;fo rm ing;app licati on
镁是一种非常轻的金属，是地壳中含量最丰富的元素之一，约占地壳组成的25%，镁的熔点为650℃，密度为1178g c m3，其密度是铁的1 4，是铝的2 3[1]Λ镁合金由于具有很高的比强度、优良的减振性和电磁屏蔽性以及铸造性能和易回收利用等一系列优点，被称为20世纪90年代以后的金属Λ应用较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国Λ主要应用在航空、电子、通讯、计算机以及汽车等工业领域[2]Λ在航空器
表1 1997年世界上镁合金用量
最大的10个汽车公司
汽车公司1997年的用量 t Fo rd(福特)17500 GeneralM o to rs(通用)9400 Ch rysler(克莱斯勒)7050 Toyo ta(丰田)4200
M ercedes(奔驰)2700
A udi(奥迪)1600
V o lk s w agen(大众)1250 BMW(宝马)700
F iat(菲亚特)500
Po rsche250
总计45150
Ξ收稿日期:2002203228
作者简介：叶久新(19452)，男，湖南汉寿人，湖南大学副教授1
上：镁合金已用作手机壳体、笔记本电脑外壳、雷达定位器壳体等Λ在汽车上的应用就更为广泛：已用作发动机罩、缸体、轮毂、车顶盖、门框、后轮盖板、离合器壳体、齿轮箱、方向盘、座椅等Λ世
界十大汽车厂家1997年镁合金用量统计列表1Λ另据估计到2002年，将由表中的45150t 增加到88600t [3].
1 镁合金材料及性能
目前常用的压铸镁合金大多是美国牌号，主要有四个系列，即A Z 系列(M g 2A l 2Zn 2M n )、AM 系列(M g 2A l 2M n )、A S 系列(M g 2A l 2Si )和A E 系列(M g 2A l 2稀土)Λ各系列的化学成分如表2，其力学性能如表3[4]Λ其中A Z 91D 合金含有铝的成分最高、强度也最高，但塑性最低;AM 20合金含有铝的成分最低，强度也最低,AM 60,AM 50,A S 41和A E 42合
金的常规力学性能适中，但A S 41、A E 42合金具有较好的抗高温蠕变性能[5]
.
7万左右的车排行榜表2 常用压铸镁合金的化学成分
合金牌号
w
%A l M n Zn Si Cu N i Fe R E
其它
A Z 91D 8.3～9.70.15～0.50.35～1.0
0.100.030.0020.0050.02AM 60B 5.5～6.50.24～0.6≤0.220.100.100.0020.0050.02AM 50A 34.4～5.40.36～0.6
≤0.220.100.100.0020.0040.02AM 203
1.7～
2.5≥0.2
≤0.20.050.0080.0010.0040.01A S 41B 3.5～5.00.35～0.70≤0.20.5～1.5
0.020.0020.00350.02A E 42
33.6～4.4
≥0.1
蔚来汽车≤0.2
0.04
0.001
0.004
2.0～
3.00.01
3取自H ydro M agnesium Spezifikati onen ，其他取自A STM B 94-94
汽车图片表3 常用压铸镁合金的力学性能
合金
Ρb M Pa
Ρ0.2 M Pa
∆ %E GPa
疲劳强度(1)
M Pa
∆(2)
R
%Ρ(3)b M Pa
HB A Z 91D 24016034550～703.535
70AM 60B 22513084550～70
1.5
65AM 50A 210125104560AM 2019090124545
A S4121514064550～700.35
60A E 42230145104560A 480
331
165
3
71
140
140
80
注:(1)旋转弯曲疲劳5×107次;(2)175℃,35M Pa ,100h 的伸长率;(3)149℃,100h 产生015%伸长率的应力
2 镁合金的熔炼工艺特性
镁合金在熔炼与静置时，为防止金属液的氧化和燃烧，通常要用干燥氧化物熔剂和覆
saab汽车盖剂，其主要的组成是氯盐和氟盐Λ但是这些物质在使用过程中会带来一些问题:1)氯盐和氟盐在高温下易挥发产生某些有毒性气体，如HC l ,C l 2等Λ2)所用熔剂的密度一般较
大，如RJ 22熔剂的密度在2.0g c m 3
以上，即大于镁合金的密度，因此会在熔炼过程中下沉，需要不断地添加熔剂Λ而且部分熔剂作为熔渣残留在合金液中形成夹杂物，会降低合
3
11 第3期 叶久新等：镁合金及其成型技术在工业中的应用
金的力学性能Λ同时也会造成铸件的某些缺陷Λ3)熔剂挥发的气体如HC l 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，进而降低其使用寿命Λ4)常用保护剂SF 6能长期滞留在大气中，产生巨大的温室效应，其温室效应的能力是CO 2的24900倍[6]Λ因此，减少SF 6的使用，或者研制更有效且无副作用的代用品已成为镁合金熔炼技术的重要开发内容Λ
图1 采用A r 2保护的全封闭熔炼及浇注工艺系统示意图据资料[7]介绍，德国亚琛大学铸造研究所已建成一套集熔化与压铸为一体的封闭型镁合金生产工艺系统，如图1所示Λ熔炼是在密封的坩埚内进行，浇注是采用虹吸管将金属液输入到压铸模型腔底部，坩埚及压铸模内腔都通有氩气(A r 2),
不用SF
6气体保护，并能有效地解决镁合金熔炼及浇注过程中的镁液保护问题Λ
3 镁合金的成型技术
镁合金的铸造成型方法大致有普通压铸法、真空压铸法、半固态压铸法、触模成型法以及喷射成型法几种Λ
1)目前，用于汽车零部件的镁合金大都以普通压铸法生产Λ但其最大的弊病是，当金属液在高压下以高速充填型腔时，型腔内原有气体难以排出，必然被卷入制品内部形成小气孔而影响铸件的性能，这一点一直困扰着镁合金的大量应用Λ
2)真空压铸即针对普通压铸存在气孔缺陷的缺点，应用真空技术，在压铸型中建立真空度，以减少或消除铸件的气孔以及由气孔造成的铸件表面缺陷Λ尤其对镁合金而言，采用真空压铸时，还可减少形成裂纹的可能性(因裂纹是镁合金压铸时很难克服的缺陷之一，经常发生在型腔中通气困难之部位)，
以便提高铸件的机械性能，特别是可塑性Λ目前真空压铸的抽气装置大体上有两种类型：第一种是在模具分型面上安装真空(抽气)阀，这种装置简单易行，可单独在新、旧模具中配置Λ第二种是在压铸机的压室上装真空阀，一般压铸机制造厂可以作为辅助装置随同主机一起供应Λ
3)半固态金属成型技术(SS M )是20世纪70年代由美国麻省理工学院推出并获得的专利Λ近年来，随着高新技术如计算机的应用，使这一技术取得了迅速的发展[8].半固态成型技术包括半固态压铸成型(SS M )和半固态挤压成型(SSF )[9]，两者在工艺方法上有所不同,SS M 是先将半固态金属块(预先制备的非枝晶合金)加热至预定温度，然后放入卧式冷室压铸机的压室内，最后以常规压铸法获得铸件Λ而SSF 是先将冷的半固态金属块放入全立式压铸机的下部压室内，然后加热料块，并在压射冲头的推动下挤入型腔成形Λ
4)触模(熔)成型技术是1987年由美国Dow chem ical Com p any 发明的一种新的半固态镁合金成型法，称为触模(熔)压铸工艺(T h ixono lding )Λ该法是将普通压铸与注塑成
4
11 湖南大学学报(自然科学版) 2002年
图2 镁合金触模压铸工艺示意图
型两种工艺结合在一起，采用一道工序将传统方法生产的镁合金颗粒直接加工成铸件，如图2所示[10]Λ无需进行镁的熔化及对镁液的处理，也无需SF 6气体保护，减少了熔体损失和熔渣Λ在料筒(挤压筒)的加热区内，镁合金颗
粒通过螺杆旋转时的剪切作用变
成搅熔状态(熔体)，然后经过喷嘴注射入模具型腔Λ该法的金属注射温度比普通压铸法低70～80℃，半固态金属的层流状态及触变性大大减少了卷气，凝固收缩及热裂倾向，铸件的气孔率可降低50%，铸件的力学性能、尺寸精度、气密性、耐蚀性等都得到明显改善，具有良好的社会、经济效益Λ
图3 O sp rey 示意图[11]
5)喷射成型技术是英国O sp rey 金属有限公司率先推出的一种介于铸造与粉末冶金之间的新工艺，简称为“O sp rey 成形法”如图3所示[11].该工艺的实质是：将液体金属在快速气体(N 2,A r 2)作用下雾化成微细颗粒，然后喷射沉积在一定形状的收集基板上，得到快速凝固而获得致密的金属半成品Λ该法具有其它快速凝固工艺无法比拟的特点Λ不仅能得到细小、致密、成分均匀的组织，而且还降低了材料的含氧量，简化生产工序，降低生
产成本Λ适用于生产各种形状的预成形金属制品Λ
4 我国镁合金的应用前景
我国有丰富的镁资料，居世界之首，目前年生产能力10万吨[12]，但国内消费量较低，年消费量仅为1.4～1.5万吨，产品中70%～80%用于出口Λ这说明国内开发镁合金产品在原材料成本上有着极大的优势Λ
自从改革开放以来，我国的汽车、计算机、通讯等产业有了极大的发展，然而除了上海桑塔纳轿车上少数零件利用德国技术采用镁合金生产外，其余产业很少采用镁合金，可见我国镁合金产品有广阔的应用市场，发展潜力巨大Λ
另外从技术角度上讲，我国也不乏这方面的专家和学者，近几年来，已有众多高等院校和研究所在镁合金的研究领域取得了很新的研究成果Λ
综上所述，我国在原材料优势、市场广阔以及技术保证的条件下再加上我国政府十分重视，已将其列入国家“十五”发展规划，科技部已结合镁资源十分丰富的西部地区开发，推出了重点扶持汽车、家电、通讯等领域镁合金产品的开发计划，相信我国在镁合金的开发和应用方面展现出美好的前景Λ
5
小汽车摇号结果查询11 第3期 叶久新等：镁合金及其成型技术在工业中的应用
611 湖南大学学报(自然科学版) 2002年参考文献:
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