鎂合金半固態成型技術

1、鎂合金簡介
鎂是一種銀白色的輕金屬，密度僅為1.74g/cm3，還不到鋁的2/3，而鎂合金的強度又很高，早在二戰前即以其在多種結構（如飛機結構件）上的適用性，而成為最輕的優質金屬結構材料。自然界鎂的賦存十分豐富，是地殼中僅次于鋁、鐵，是第三個豐度最高的結構金屬。當前全球主要從菱鎂礦、白云石、鹽湖鹵水和海水中提取金屬鎂。我國的菱鎂礦資源總量為５３億噸，白云石已探明儲量４０億噸以上。青海鹽湖擁有67.3億Ｍ３的晶間鹵水也是我國重要的煉鎂資源。我國鎂資源的現有儲量居世界首位。金屬鎂的首要用途是用作合金添加元素；其次是制造適于作結構件的鑄造和變形鎂合金；最后是用于鋼鐵脫硫。目前熔煉鋁合金幾乎占去了全球鎂用量的半壁河山。鎂合金作為結構件使用，在過去除在航空航天領域應用外，由于成本原因，沒有像鋁合金那樣得以廣泛應用。近年來，為解決降低能耗和環保問題，汽車工業把目光投向使其輕量化的鎂合金。鎂合金能減輕車重和降低燃油消耗，比強度高、比剛度接近于鋁合金和鋼，良好的鑄造性能和尺寸的穩定性、易加工、廢品率低，抗沖擊、阻尼性能好、在降低噪聲、減輕振動、安全和舒適方面優于鋁和鑄鐵。在汽車工業的推動下，壓鑄鎂合金在過去十年內，以年均１５％的增長速度在不斷擴大市場。此外手機外殼、手提電腦、高級視聽設備及數碼相機的外殼中已廣泛使用鎂合金零部件，充分發揮鎂合金質輕、耐用、減振、屏蔽無磁性等功能。目前鎂合金生產與應用的領域和用途不斷拓展，大有方興未艾之勢。
2、鎂合金流變成形技術
流變成形技術始于二十世紀七十年代，由美國MIT的Flemings教授領導的研究小組最先提出。流變成形的基本原理是在熔體凝固過程中對熔體施加攪拌，從而改變凝固中的形核和長大規律。將經過攪拌的熔體導入成形設備內，獲得的鑄件微觀組織為細小均勻的等軸晶，而不是常規鑄造的粗大樹枝晶。適合于流變成形的成形方式多種多樣，如連鑄、壓鑄、擠壓、鍛造、軋制等。隨著鎂合金壓鑄工業的迅猛發展，流變壓鑄技術已表現出良好的應用前景。常規液態壓鑄件內往往存在氣孔，導致生產成品率低，零件無法通過熱處理提高性能。流變壓鑄能避免鑄件內形成氣孔，鑄件性能得到改善，生產效率顯著提高。
3、雙螺旋流變成形技術
雙螺旋流變制漿技術由英國Brunel 大學Z.Fan等人發明并申請了多項國際專利。北京有色金屬研究總院與發明人合作，共同致力于該技術的二次開發和推廣應用。雙螺旋流變制漿設備通過一對高速旋轉的螺桿對熔體實施高剪切率攪拌。熔體經過攪拌處理后直接進行壓鑄、擠壓、軋制等。雙螺旋攪拌技術適用于多種不同牌號鎂、鋁合金，具有連續處理熔體的能力，是目前最為成功的流變成形熔體處理技術。
4、半固態觸變成型鎂合金組織性能分析
半固態觸變注射成型鎂合金AZ91D 的組織與性能進行了分析，結果表明，該成形法所生產的鎂合金產品的組織及力學性能均優于壓鑄產品，從而為應用半固態觸變成型法進行鎂合金汽車零部件的生產奠定基礎。
5、觸變注射成型 鎂合金 組織 力學性能
隨著對綠色、環保等方面要求的提高，鎂合金以其重量輕、比強度高、比剛度高、減震性好、耐電磁屏蔽、易回收等特點從眾多金屬材料中脫穎而出，廣泛的應用于航空、航天、電子和汽車等行業。目前，鎂合金應用的兩大熱點產業是電子業和汽車業。一方面，用于“3C” (Computer、Communication、Consumption Electronics Products)產品的殼體，有逐漸取代可回收性較差的塑料殼體的趨勢；另一方面，作為實際應用中最輕的結構金屬，鎂合金能夠滿足交通運輸業日益嚴格的節能和尾氣排放要求，從而生產出重量輕、耗油少、環保的新一代交通工具。
國內外廣泛采用的鎂合金成形方法為壓鑄法。壓鑄鎂合金產品具有尺寸穩定性好、生產率高等優點，但也具有夾雜多、氣孔多、成形后難熱處理、尺寸近凈成形差等不足。采用壓鑄法制造的零件很難滿足諸如用于“ 3C”產品中所廣泛使用的薄壁殼體類零件以及用于汽車工業中的高性能鎂合金零部件的要求。
同壓鑄法相比，半固態方法制造的產品具有鑄造缺陷少，產品的力學性能、尺寸精度、表面和內在質量高等優點，此外還有節約能源、安全性好、近凈成形性好等優點。目前世界上已經成功工業化的鎂合金半固態成型技術是觸變注射成型技術[1]。長春華禹鎂業有限公司是我國最早引進此項技術的廠家，本文利用該公司的觸變注射成型機制備試樣，對觸變注射成型鎂合金的組織及力學性能進行了分析，從而為公司下一步進行汽車用高性能鎂合金的研究開發作適當的技術儲備。
6、半固態觸變注射成型技術的原理及工藝過程 。
6.1：半固態觸變注射成型技術的原理
在普通鑄造過程中，初晶以枝晶方式長大，當固相率達到0.2 左右時，枝晶就形成連續網絡骨架，失去宏觀流動性。半固態成形是在液態金屬從液相到固相冷卻過程中進行強烈攪拌，使普通鑄造成形時易于形成的樹枝晶網絡骨架被打碎而保留分散的顆粒狀組織形態，懸浮于剩余液相中。這種顆粒狀非枝晶的顯微組織，在固相率達0.5～0.6 時仍具有一定的流變性，從而可利用常規的成形工藝如壓鑄、擠壓，模鍛等實現金屬的成形[2～4]。 半固態觸變注射成形法是近些年來開發的一種新工藝，源于美國DOW化學公司，美國THIXOMAT公司將其商業化。該工藝是將塑料的注塑成形原理與半固態金屬成形工藝相結合，集半固態金屬漿料的制備、輸送、成形等過程于一體，該法較好地解決了半固態金屬漿料的保存輸送、成形控制困難等問題。
6.2：半固態觸變注射成型技術的工藝過程
注射成形法主要工藝過程如下：被制成顆粒的鎂合金原料（由枝晶鎂合金鑄錠制成，其組織仍為枝晶組織）從料斗中加入；在套筒中的鎂合金原料通過電加熱轉變成半固體狀態，在螺桿的剪切作用下，在套筒中半固體金屬漿料形成了近乎于球形狀的固體顆粒，在注射缸的作用下，以相當于塑料注塑機的十倍速率壓射到模具內成形。