卢湾生产挤压镁合金镁挤压坯料

若压铸工艺不当，镁合金铸件中就会产生相应的缺陷甚至出现废品。按造成缺陷的原因，可将其分为两类：凝固缺陷，如气孔、缩松、冷纹等；机械问题引发的缺陷，如扭曲、变形、缺“肉”等。其中，缺“肉”和冷纹是合金压铸件中常见的缺陷形式。除此之外，还可能产生其他缺陷，其产生原因及避免措施如下。

发生缺“肉”或模具型腔未填满的原因：压射速度不够；模具或熔体温度低；熔体污染，如附有过多的氧化物；润滑剂过量；浇口不合适；模具排气不充分；冷室压铸时压射力不合适。

模具或熔体温度低，流向相反的熔体相遇时会发生冷流或冷喷。总排气面积增至浇口面积50%以上时，会减少冷喷频率。

吸气或析H2会产生气孔，调整浇道、浇口、排气和润滑系统可以大限度地减少这类缺陷的产生。

限制熔体进料量，铸件局部热点处会形成缩孔或空洞。

不良浇口、尖角或润滑过量会造成溅洒和扰动，可使铸件表面形成波纹和漩涡。

熔体凝固时可产生热裂纹，模具的约束会引起应力集中、尖角和铸件脱模延迟，都将增大热裂倾向。

铸件脱模时的收缩应力会引起铸件变形、扭曲和断裂。

在镁合金铸件生产中，每一种缺陷都是由多个因素引起的。因此，对每一种缺陷产生的原因与采取的预防措施应进行具体分析。

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。

挤压工艺主要的部分是挤压温度，它与合金种类和挤压材形状有关，一般为295℃～455℃，对镁及镁合金的挤压变形特性影响很大，可以通过调节挤压温度来满足挤压比要求，镁合金的挤压比（断面减缩率）通常保持在10∶1～100∶1，采用预挤压坯锭挤压时，可以采用更大的挤压比。同时，挤压镁合金时会产生大量热能，采取适当措施散发这部分热量，否则，被挤件温度有可能会超过固相线温度，形成热裂纹。

挤压结束后，先取出模具，并从锭坯上切下成品件，再取出锭坯余料，余料可以循环使用。如果立即装上新锭坯，并与锭坯余料焊合后，可以连续挤压，预留纵向槽，以便新旧锭坯卷入的气体排出，可采用铸造、机械加工和挤压法加工纵向槽。用挤压工艺可以生产双金属复合材料。
为了使挤压材具有弥散分布的细小的显微组织和较高的力学性能，须将挤压材进行在线淬火，即在挤压机上向出模的高温挤压材吹强气流或水。应注意的是，冷却水不得与热模接触，否则模型会开裂。挤压材料人工时效后，力学性能显著上升，它们的典型性能见表。粉末挤压ZK60A合金有很高的抗压强度，因其晶粒极小。
ZK60、WE43、WE54合金的热处理状态为T5（人工时效）或T6（固溶+人工时效）。T5和T6状态的ZK系列镁合金挤压材，不但有各向同性的强度性能，而且塑性也不低。热处理对WE系镁合金挤压材的室温力学性能影响不大，但能较明显地提高其高温性能稳定性。AZ61及AZ80镁合金也可以时效强化，但在T5、T6处理后，强度性能仅略有提高，可是塑性却明显下降。一般情况下，ZK型镁合金具有良好的强度与塑性匹配，无需进行热处理。

AZ31B-F合金挤压材的室温平均弹性模量44.8 GPa，抗拉强度260 MPa，伸长率15%，屈服强度200 MPa。室温下光滑试样于干燥大气中、水中、含冷凝水空气中和其它物质中进行。

轴向负载（R=0.25）疲劳断裂试验时，其疲劳性能与疲劳寿命见表。

美国衣阿华大学的斯蒂芬斯（R. I. Stephens）和施拉德（C.D. Schrader）用 12.7 mm 厚的AZ31B- H24镁合金测试了它在室温试验室条件的疲劳裂纹成长特性（见下图）。试样的平均室温弹性模量44.8 GPa，抗拉强度250 MPa，伸长率21 %，屈服强度150 MPa，负载条件R=0.1、0.4、0.7，试样取向T-L、厚12.7 mm，频率5Hz-50 Hz。

汽车产业中镁合金用量较多的国家和地区主要是北美、欧洲、日本和韩国，1991年汽车工业中镁合金的用量仅为2.4万吨，到1997年则增至6.4 万吨，目前这些国家和地区汽车工业对镁合金的需求已达到每年40万吨。欧洲正在使用和研制的镁合金汽车零部件已超过60种，单车镁合金用量9.3公斤～20.3公斤；北美正在使用和研制的镁合金汽车零部件已超过100 种，单车镁合金用量5.8公斤～26.3公斤；我国汽车镁合金产业的总体技术水平不高，在汽车镁合金部件设计、制造加工等方面还有较大差距，平均单车用镁量不足1公斤。经过近几年的发展，已有20余种汽车零部件可以采用镁合金生产。

我国在汽车轻量化方面起步较晚，早将镁合金应用到汽车上的企业是上汽集团。上世纪90年代，在桑塔纳轿车上采用镁合金变速箱壳体、壳盖和离合器外壳，单车用镁合金共约8.5kg。一汽集团开发了抗蠕变镁合金，用于制造高温负载条件下的汽车动力系统部件，同时顺利研发出气缸盖罩盖等镁合金压铸件。同时，东风汽车公司、长安汽车集团也参与到镁合金零部件的生产之中，尤其需要指出的是长安集团生产的“长安之星”微型车上实现了单车用镁8kg的水平，达到了目前的国际水平。在镁合金工艺方面，镁合金汽车轮毂成型技术无疑是一大亮点。

在国家研发计划的支持下，在与东风汽车股份有限公司合作中，上海交大正在针对进行有关汽车用减震台和副车架结构设计，旨在早日实现镁合金在减震塔和副车架两类大型复杂薄壁部件的成型技术与应用上的突破。

目前，汽车工业平均用镁量在10 公斤以内。从2000年开始，各国和研发机构投入大量的资源进行镁合金的研发和产品的推广，特别是我国作为镁合金资源的大国，一直希望将镁合金在汽车工业中的用量进一步提高。但是，车用镁合金的用量并没有出现预期的大幅增长，主要的镁合号还是以AZ91D和AM50为主，主要的镁合金产品以方向盘骨架、仪表盘骨架、座椅骨架等内饰部件。限制镁合金大规模应用的一个主要原因还是由镁合金特性决定的，镁合金的耐腐蚀性能差，特别是电偶腐蚀是困扰镁合金在非内饰承载部件系统中应用的大阻力。

汽车轻量化和部件集成化的发展趋势，能够发挥镁合金材料流动性好、易成形大型复杂结构件的优势，将促使镁合金的新的大规模应用，例如：车门内板和行李箱后盖内板，采用压铸镁合金可以实现优轻量化和结构优化的效果。目前，我国具有多的镁合金矿产和冶炼资源，也具有大吨位压铸装备的下游生产企业，在该领域我国已经形成了全球为完整的产业链，能够实现从原镁到镁合金压铸件的全流程生产和制造。

镁合金转向管柱支架

现在在一款新能源车型的转向系统的开发中，引用了以镁合金为材料设计成型的转向支架和导向筒。由于镁合金的刚度，不会在安装后随车身支架的变形而产生变形，全面转向系统在整车碰撞过程中转向管柱可以按照设计的行程和吸能曲线完成整个动态溃缩过程，提供整车碰撞的安全性，并且大大提高了这个转向系统的刚度和频率，而且做到了轻量化设计，其质量较之常规车型原件减轻了5%以上。

镁合金仪表板骨架

常规车型的仪表板骨架更多是采用钢件焊接制成，为了满足汽车轻量化这一要求，需要在原本功能的基础上，确保装配面与孔的部位不改变，所以，将仪表板骨架零部件替换为镁合金。镁合金仪表板骨架制作时主要应用挤压、弯曲这两种工艺，所有镁合金件之间以氢弧焊进行连接。因为，镁合金与钢这两种材料接触之后会被腐蚀，所以仪表板骨架和车身、仪表板等零部件进行连接，建议采用钢质渗铝螺栓作为连接件。经过实践得知，轻量化镁合金仪表板骨架的质量是1.957kg，相比常规车型所采用的原钢件质量减轻了62.9%。