压力加工用的镁及镁合金大都采用半连续铸造法(DC法)生产,可以选择性的对铸锭进行均匀化处理,但高成分合金进行均匀化处理。均匀化处理可显著降低挤压力,一般可以降低20%~25%,甚至更多。均匀化处理规范通常为350℃×12h。Mg-3%Al合金管材(锭坯规格98mm×150mm,管材规格44mm×1.5mm)在挤压时,均匀化处理对挤压力的影响见表1。
镁合金在挤压前都须车皮、管坯和镗孔,尤其反挤压的管坯和异形薄壁型材锭坯还应有较高的尺寸精度和均匀的壁厚,以确保挤压材壁厚均匀。在实际生产中,有时还用挤压坯料生产小规格或有特殊要求的产品。挤压材的锯屑应及时清理,以确保生产人员的安全,挤压车间应配备沙箱和D级灭火器材。挤压前,通常用电阻炉加热挤压材,电阻丝埋设在耐火砖内。
镁的熔点比铝的约低10℃,其密度比铝的低35.6%,其线胀系数又比铝的高5.9%,因此,在设计模具与锭坯加热时间等方面都应考虑。特别在设计模具工作带时,模孔加工尺寸的热胀冷缩余量应约比铝的大一倍。
由于镁合金的塑性较差、不易变形,且镁合金与钢的亲和力较低,所以挤压垫与挤压筒内径的配合偏差定为0.2mm~0.3mm。挤压后残料(压余)与挤压垫易分离,因此,无需润滑垫片。
镁合金的可焊性较低,因此,用平面分流组合模挤压管材和空心型材时,应精心设计分流孔和导流系统,以减少流量阻力,增强焊合均匀性。分流挤压AZ31B管材时的挤压工艺与产品质量关系见表2。镁合金挤压模材料大都为H13模具钢,与制备铝合金挤压模用材料相同,材料在淬火与回火后的HRC硬度应达到47~51。挤压前,模具的预热温度比锭坯温度低20℃~30℃(表3)。加热时间取决于模的大小,以热透和温度均匀为准。
在镁合金的应用产品中,压力加工产品、铸造产品以及非结构应用呈三足鼎立之势,自镁实现工业化应用以来,镁在冶金工业(配制铝合金、钢脱硫、球墨铸铁等)中的应用占50%-65%,加工镁及镁合金半成品(板、带、管、棒、型材)材料的占比很小,仅为1%-1.6%,挤压材(管、棒、型材)占的比例更小,只有0.4%-0.8%。因此,每年须进行表面处理的挤压镁材量不多。挤压镁材的表面处理方法有氧化着色、阳极氧化、电镀等。
挤压镁材的氧化着色
挤压镁材氧化着色工艺流程及参数见表1,其预处理(脱脂、水洗、酸洗、光亮蚀洗)及氧化处理后的水洗等处理与前面介绍的相同。
槽液配制与管理
根据槽的容积计算所需的化工产品,加水至1/2容积,将化工产品一一加入槽中,对除油槽与氧化槽加热、开风机、搅拌,而对酸洗槽与光洗槽在室温下开风机、搅拌。搅均后加水至规定容积,再搅拌均匀,取样分析,试氧化,合格后方可正式生产。在使用期间应定期对槽液成分进行化学分析。
氧化膜缺陷修补
挤压材表面上的氧化膜应均匀、牢固,若检查不合格,可作如下修补:
清除不合格膜层,重新处理。
局部清除有缺陷的氧化膜,再用补色液着色,常用的补色液见表2。用汽油或工业酒精擦净油污后,用玻璃砂布轻轻打磨,露出干净的镁,以压缩空气吹净粉尘,用浸以酒精液的纱布擦净表面,晾干后用缠锦纱或棉花的玻璃棒或木棒,蘸上氧化液在表面上反复涂擦约35s,晾干后即可。
现阶段镁合金在汽车上的应用主要集中于车身、发动机和内饰件3大部分,产量持续快速增长。欧洲范围内,60多种汽车零部件已采用镁合金为材质,车用镁合金铸件的使用量正在以年均25%的速度增加;北美是世界上镁合金在汽车中用量大,使用和研发中的镁合金零部件有100多种;日本汽车业在越来越多的零件上采用镁合金材质,包括变速杆、座椅架等。大众公司的帕萨特、奥迪A4和A6等汽车的齿轮箱壳体使用AZ91D镁合金,比铝合金部件减重25%。美国福特、美国通用、日本三菱等汽车公司已采用镁合金零部件替代原有的铝合金汽车零部件和塑料零部件,包括:发动机壳体和盖、变速箱壳体和盖、离合器壳体、液力变扭器壳体、发电机托架、刹车踏板支架、车身壳体框架、车门、车轮、方向盘、仪表盘、后桥驱动器、转向节、座椅支架、把手等100多种零部件。
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