铸造是镁合金的主要成形方法,包括砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造和压铸等在内的多种铸造方法均可用于镁合金成形。目前,90%以上的镁合金产品是压铸成形的。
压铸是镁合金主要、应用广泛的成形工艺。镁合金有优良的压铸工艺性能:镁合金液粘度低,流动性好,易于充满复杂型腔。用镁合金可以很容易地生产壁厚1.0mm~2.0mm的压铸件,现在小壁厚可达0.6mm。镁压铸件的铸造斜度为1.5,而铝合金是2~3度。镁压铸件的尺寸精度比铝压铸件高50%。镁合金的熔点和结晶潜热都低于铝合金,压铸过程中对模具冲蚀比铝合金小,且不易粘型,其模具寿命可比铝合金件长2—4倍。镁合金件压铸周期比铝件短,因而生产效率可比铝合金提高25%。镁合金铸件的加工性能优于铝合金铸件,镁合金件的切削速度可比铝合金件提高50%,加工耗能比铝合金件低50%。生产经验表明由于生产,热室压铸的镁合金小件的总成本低于冷室压铸的铝合金同样件。
消失模铸造是一种近无余量、成型的新型铸造技术,它具有许多的优点,如,型砂不需要粘结剂、铸件落砂及砂处理系统十分简便,容易实现清洁生产;铸件没有分型面及起模斜度,可使铸件的结构高;加工装配时间减少,铸件成本可下降10%—30%等等。
初步试验研究表明,镁合金的特点非常适合消失模铸造工艺,因为镁合金的消失模铸造除具有以上特点外,还具有如下特的优点:
①镁合金在浇注温度下,泡沫模样的分解产物主要为烃类、苯类和苯乙烯等气雾物质,它们对冲型成型时极易氧化的液态镁合金具有自然的保护作用;
②采用干砂负压造型避免了镁合金液与型砂中水分的接触和由此而引起的铸件缺陷;
③与目前普遍采用的镁合金压铸工艺相比较,其投资成本大为降低,干砂良好地退让性减轻了镁合金凝固收缩时的热裂倾向;金属液较慢和平稳的充型速度避免了气体的卷入,使铸件可经热处理进一步提高其力学性能。所以,镁合金的消失模铸造具有较的应用前景。
变形镁合金中,常用的合金系是Mg—Al—Zn系与Mg—Zn—Zr系。Mg—Al—Zn系变形合金——般属于中等强度、塑性较高的变形材料,铝在镁中的含量为0—8%,典型合金为AZ31、AZ61和AZ81合金,由于Mg—Al合金具有良好的强度、塑性综合性能,而且价格较低,因此是常用的合金系。Mg—Zn—Zr系合金一般属于高强度材料,其变形能力不如Mg—Al系合金,一般采用挤压工艺生产,典型合金为ZK60合金。属高强度变形镁合金的还有Mg—Mn系,其主要的优点是具有优良的抗蚀性和可焊性,但铸造性能差,收缩率大,有热裂倾向,应用较少。另外,添加Nd、Th、Yb、Sc和Mn等元素可显著提高变形镁合金的耐蚀性。
3)轧制成形:铸造成平面形状且有圆形边缘的镁锭可以用来进行厚板和薄板的轧制。一般镁合金厚板厚度范围为11.0mm—70mm,薄板厚度为0.8mm—10mm。镁合金的冷轧性能不佳,一般厚板可以在热轧机上直接生产,而薄板一般采用冷轧和温轧两种方式生产。
镁合金热轧时,一方面要铸态组织得到充分变形,达到改善组织的目的,因此要有一定的变形量;另外,由于多晶镁合金滑移系少,晶粒不易产生宏观屈服而易在晶界产生大的应力集中,合金很容易发生晶间断裂。试验研究发现开坯时变形量控制在压下量s二30%左右合适。镁合金板材在轧制以后一般要进行退火及热处理,加工组织发生再结晶。其退火温度应选择在靠近完全再结晶温度范围内。
2.2超塑性变形
超塑性是指晶体材料在拉伸时表现出大的应变。已有的研究结果表明,镁合金在一定条件下不但具有很高的塑性,而且甚至出现明显的超塑性。当晶粒细化到一定程度(约10—6m),镁合金可获得相对的超塑性。通常超塑性现象主要发生在高温(约等于0.7Tm,Tm为材料的熔点),应变速率相对较低,工业生产中受到限制。Langdon提出了超塑性变形的两个必要条件:①局部缩颈受到限制;②空洞内部相互连接受到抑制。目前,采用高应变速率超塑性成形和低温超塑性成形获得细小晶粒。其中,等通道角挤压技术是低温超塑性的一种方法,在200℃温度下可使AZ91镁合金延伸率达到675%。
半固态成形技术,是在金属凝固过程中,将结晶过程控制在固—液两相共存温度,并通过剧烈搅拌破碎枝晶组织,从而获得一种金属母液中悬浮一定固相成分的固—液?昆合浆料,再采用压铸、模锻等成形加工工艺进行的金属成形技术。半固态加工,是一种新型、的工艺方法,与传统液态铸造成形相比,具有成形温度低(镁合金可降低100℃左右),延长模具的寿命,改善生产条件和环境,细化晶粒,减少气孔、缩孔,提高组织致密性,提高铸件质量等优点,被认为是21世纪具有发展前景的精密成形技术之一。根据工艺流程的不同,半固态成形通常分为流变铸造(Rheocasting)和触变铸造(Thixocasting)两类:流变铸造是对冷却过程中的金属液进行搅动,将形成的固相枝晶破碎,形成一定固相分数的半固态金属浆料,然后将浆料注入压铸机或挤压机内成形(俗称“一步法”);而触变铸造是先由连铸等方法制得具有半固态金属组织的锭坯,然后切成所需长度,用二次加热装置再加热到半固态状态,后移送至压铸机等再压铸或挤压成形(俗称“两步法”)。
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