镁合金制件铸造成形探讨

　　本文探讨了镁合金制件铸造成形相关内容。

　　镁合金制件铸造成形可采用重力浇注、低压铸造和压铸。近年来又出现触变注射成型新技术。其中以压铸的工艺及设备最为成熟，目前国内外的镁合金制件绝大多数用压铸法生产。

　　1) 镁合金制件的压铸成型：

　　由于镁合金溶液易氧化以致燃烧，铸造时热裂倾向比铝合金大，因此镁合金在熔化、浇注及压铸液的温度控制等方面都比铝合金压铸要复杂。压铸机分热室压铸机与冷室压铸机，热室压铸机的生产效率高，约为同容量冷室压铸机的2倍，但其锁型力一般在7840kn以下，通常用于质量不大(一般在2kg以下)的薄壁铸件，例如美国White Metal Casting公司生产的外形尺寸为61 0x61 0nm的镁合金计算机外壳，英国Kirt Precision公司生产的2.5kg重的自行车架都是用热室压铸机生产的。

　　冷室压铸机应用更广，美国Prince公司于1 990年生产出一台锁型力达13.72MN的世界最先进的大型镁合金冷室压铸机，该件集熔化、压铸于一体，并采用了取件机器人。冷室压铸机适于生产壁厚较厚质量较重的制件，例如奥迪汽车公司的尺寸为1440x3.5mm，重量为4.2kg的汽车仪表板，是在装有自动浇铸机构，锁型力为24.50MN的冷室压铸机上生产的。美国通用汽车公司的尺寸为1470x300x2mm的直角承梁，重1.8Kg用M60B镁合金在锁型力为21.56MN的冷室压铸机上压铸而成。此外，如汽车座椅、框架、汽车轮毂等产品均是用冷室压铸机生产的。据报道，在1992年，美、日用于生产镁合金铸件的冷、热室压铸机就超过了160台。我国台湾省近年来镁合金压铸事业发展也很快，到2001年厂商数已有40余家，拥有冷、热室压铸机超过220台，年产8600吨镁合金制品。据报道，目前我国大陆的镁合金压铸件生产企业只有8家，在建的8家[7]，远远落后于国内、外的发展需求。

　　2) 镁合金压铸技术的发展趋势

　　镁合金压铸与其它金属的压铸一样，在压铸过程中镁合金液以高速的紊流成弥散状态充填压铸型腔，使腔内气体无法排除，形成高压微孔或溶在合金内。这些气孔在高温下会折出或膨胀导致铸件变形或者面鼓包。因此用传统的压铸方法生产的镁合金压铸件与其它合金压铸件一样，不能进行热处理强化，也不能在较高的温度下使用。为了消除此缺陷，提高压铸件的质量，扩大压铸件技术的使用范围，近年来研究开发了一些新的压铸技术，如真空压铸，半固态触变压铸技术等。

　　真空压铸是在压铸过程中抽出型腔内的气体，以减少或消除在压铸件内的气孔和溶解气体，提高压铸件的力学性能和表面质量。真空压铸镁合金件的最小壁厚为1.5-2.0mm，真空度小于或等于80kPa，冲头速度最大达10m/s，铸件强度可提高10%以上，韧性提高20-50%，目前已成功地用真空压铸法生产出镁合金汽车轮毂和方向盘等一批主要汽车零件。

　　半固态触变压铸技术

　　(Thixomolding)：触变注射成型的工艺过程接近于注塑成型，其装备原理如图1所示。首先将镁合金锭加工切制成细颗粒状，将此镁合金颗粒装入料斗中，强制输送到粒筒中，粒筒中旋转的螺杆驱使镁合金颗粒向模具方向运动，当其到达粒筒的加热部位时，合金颗粒呈部分熔融状态，在螺旋体的剪切作用下，具有枝晶组织的合金料形成了具有触变结构的半固态合金，当其累积到一定体积时，被高速(5.5m/s)注射到抽成真空的预热型腔中成形。半固态合金在外力作用下可以象热塑性塑料一样流动成形，但触变注射成形的温度，压力以及螺杆旋转速度远远高于注塑设备的。成形的加热系统采用了电阻和感应加热的复合工艺，将合金加热至582±2℃，固相体积分数达60%，同时通入氩气进行保护。

　　与传统的压铸相比，触变注射成形无需液态金属熔融和浇注等过程，生产过程较为清洁，安全和节能。没有熔液产生，单位成形件的原材料消耗大为减少，无爆炸危险，无需SF6气体保护，消除SF6对臭氧层的破坏，成形过程中卷入的气体大幅度减少，零件孔隙度小于0.069%，因此成形件可以热处理，成形件致密度高，机械性能好，耐蚀能力强。与传统压铸相比，工作温度约降低100℃，有利于提高压铸模寿命，并使其生产过程具有良好的一致性，减少了镁铸件在型内的收缩率，减少了铸件的脱型阻力，提高了铸件的尺寸精度，零件表面质量好，可铸造壁厚达0.7-0.8mm的轻薄件。目前已用此法生产出汽车的传动器壳体、盖、点火器壳体等，所用的镁合金是AZ91D。高度自动化的镁合金半固态射铸成形机及其生产线在工业发达国家发展很快，我国台湾省的镁合金压铸业也在开始大量使用半固态射铸成形机，仅华孚公司一家在2002年就计划采购5-8台全新的半固态射铸机，今后它将成为生产镁合金铸件的主流。