溧水区供应铸造镁合金供应铸造镁合金

随着轻质结构材料在航空航天、及汽车等重要工业领域中的大规模应用，镁合金以其低密度、的特点受到科研人员的高度重视，并得到企业界的关注。在镁合金体系中，相比于传统的镁铝系和镁锌系合金，以稀土为主要合金元素的镁稀土合金具有更高的强度和抗蠕变性能，因而其作为结构材料在上述关键领域具有广泛的应用前景。基于上述需求，近年来国内外学者开发了一系列的镁稀土合金材料，并开展了相关的制备、加工技术和应用研究，取得了较大的进展。但在镁稀土合金开发和应用过程中，仍遇到一些困难及技术瓶颈难题，主要表现在材料的成分设计、熔体纯净化与细化、材料制备与成型加工技术及产业化应用等方面。近日上海交通大学轻合金精密成型中心丁文江院士、吴国华教授与江苏大学材料学院汪存龙博士及上海理工大学材料学院孙明博士等人系统综述了铸造镁稀土合金的研发与应用概况。该文主要针对镁稀土合金的材料设计、熔体纯净化与细化、材料液态加工技术、镁稀土合金的产业化应用等进行了详细的综述。（1）镁稀土合金材料体系的开发稀土元素（RE）通常分为两类，即轻稀土和重稀土，已经开发的高强耐热Mg-RE系合金主要以重稀土为主，例如Mg-Gd，Mg-Y，Mg-Nd，Mg-Dy，Mg-Sm等。上述新近开发的Mg-RE合金具有与常规Mg-Al或Mg-Zn系列合金相当的密度但力学性能得到大幅度提高；而与铸造Al合金相比，其具有相当的强度和更低的密度；因而镁稀土合金具有兼具高强度和低密度的优势。常见的铸造铝合金和镁合金的屈服强度和抗拉强度随轻金属密度变化的示意图如图1所示。由于Mg-Gd和Mg-Y合金具有很强的时效硬化能力和潜在的实际加工潜力，因此成为研究多的合金，而现有的镁稀土合金也主要基于此两种体系。

镁合金是一种节能、环保新型结构材料，质量轻、硬度大，在强度、刚度、制造性、加工方式、导热性、稳定性等方面，与传统材料相比都具有明显的性能优势，已发展成为除钢铁、铝合金之外的第三大金属结构材料。通过对镁合金的常见焊接技术进行分析研究，择优选用熔化极惰性气体保护焊进行试验研究验证，具体阐述了试验用镁合金板材的熔炼铸造，以及焊接过程中接头对接形式、焊丝选用、焊接电流设置、焊接速度、气流量、焊后热处理等焊接关键技术，后对焊接接头的外观、力学性能及硬度进行测定，综合分析后表明镁合金根据文中焊接关键技术进行焊接操作，可以取得良好的焊接效果。

镁合金作为一种重要性仅次于钢铁、铝合金的结构材料，在生产加工过程中常见的加工方式就是焊接。镁合金的物理性质与铝合金相差不太大，适用于铝合金的焊接方式基本上都能用于镁合金生产加工[8]。镁合金的焊接工艺多种多样，比较常见的有六种，具体是：钨极惰性气体保护焊、激光焊、搅拌摩擦焊、电子束焊接、复合焊接、熔化极惰性气体保护焊，但都存在一定的缺点与不足，尤其是针对镁合金铸造锻件的补焊过程中，缺点与不足尤为

具体的熔炼铸造过程分六步：

（1）配料：按炉化5kg 镁合金，根据镁合金板材熔炼铸造原料配比表进行计算，确定各组分的用量，然后进行称量取材，再放入烘箱进行烘干处理后备用。

（2）装料熔炼：给熔炉进行加热，装入称取的合金原料，待炉温升至650℃时，轻轻加入炉料35%Mg，并同时输入保护气体，再继续给熔炉缓慢加热升温熔炼。

（3）合金化：待炉温升至700℃时保持温度确保合金原料完全熔化，然后加入配料5%Zn，以及强化元素稀土Nd，再进行连续搅拌约150s，确保熔炉内原料完全熔化，再继续给熔炉缓慢加热升温，直至熔炉内溶液温度达到730℃时进行变质处理。

（4）变质处理：熔炉内溶液温度达到730℃时，逐渐加入变质剂并同时进行搅拌操作，防止溶液飞溅和混合不均，然后静置保温约5min，以确保溶液进行充分变质处理。

（5）静置浇注：撇去熔炉内溶液浮渣，并继续静置15min，然后将熔炉内溶液缓缓浇注到镁合金板材模具中，保持模具水平静置。

（6）冷却取用：待模具内镁合金板材完全成形冷却，再从模具中取出进行切割处理，长宽厚尺寸分别为180mm×50mm×8mm，以留作焊接试验使用。

在采用传统技术压铸时，熔体呈高速紊流和弥散状态充填压铸型腔，腔内气体（空气、保护气体和模具表面润滑剂挥发气体）无法排出，形成高压微孔或溶于合金内，抑或在充模过程中形成气隔，使充模过程中断。气孔中的气体在高温下析出或胀大，使铸件变形和表面鼓包。因此，用传统压铸工艺生产的镁合金工件，不能进行热处理或在较高温度下工作。

近30年来，为了克服这些缺陷、提高其质量和拓宽压铸技术的应用范围，科技工作者开发出了新的压铸工艺，如真空压铸、充氧压铸和半固态压铸等。与传统压铸工艺相比，新工艺在消除压铸件铸造缺陷和提高力学性能、表面及内在品质等多方面具有性。

真空压铸

真空压铸是通过在铸造过程中，排除型腔内气体而消除或减少压铸件内气孔和溶解气体以提高压铸件的力学性能和表面质量。真空压铸的大冲头速度可达10m/s，充型时间20s~30s，工件小壁厚1.5mm~2mm，强度性能可提高10%以上，韧性可提高20%~50%。此外，真空压铸还可以提高AM50合金的伸长率，由普通压铸的15%上升到19%。

20多年前，真空压铸AM60B合金汽车轮和方向盘就已获得应用，但真空压铸对镁合金工件性能的提高远不如铝合金明显，因未受到重视，真空压铸镁合金工艺的开拓也不强劲。

充氧压铸

充气压铸又称无气孔压铸，是在镁熔体充型前，将氧或其他活性气体充入型腔，置换型腔内的空气。镁熔体充型时与活性气体反应，生成MgO微粒，弥散地分布于压铸件内，从而清除了压铸件中的气体，使镁合金压铸件可以进行热处理强化。日本轻金属公司率先用充氧压铸工艺生产出了AZ91合金计算机整体磁头支架、汽车车轮等。

压缩成型

美国俄亥俄精密成型公司开发的压缩成型法，是向整个压铸件表面施加压力，镁合金在压力作用下凝固，改善了合金的显微组织，晶粒细化，使得空隙率大大下降，铸件组织致密均匀，可用于生产性能要求高、形状复杂的镁合金零件。

挤压铸造

挤压铸造是压力铸造的一种，早出现在1819年英国的一份专利中。德国1931年制出世界首台挤压铸造机，随后，在苏联得到广泛应用，但直到20世纪60年代，在北美、欧洲和日本才开始应用。北美压铸协会（NADAC）给挤压铸造下的定义是采用低的充型速度和小的扰动，使金属熔体在高压下凝固，以获得可热处理的、致密度高的铸件铸造工艺。实验证明，在充型速度小于2m/s、充型压力大于70MPa，即可获得组织和性能良好的铸件。据不完全统计，2022年，全世界约有365台挤压铸造机，大都用于铸造汽车、自行车、空调器、阀和泵等零件。

合金熔体被注入型腔内，在挤压铸造机冲头的机械压力作用下，被挤压成型，并在压力作用下凝固，铸件组织致密，很少有气孔、疏松、疏孔等缺陷，显微组织细小均匀，有时铸件的力学性能几乎与锻件的相等。铸件在压力状态下凝固成型，不会变形开裂，工艺简单，操作方便灵活，自动化水平高，成品率高。多用于生产强度高、气密性好的零件，特别是薄板类铸件，如各种阀体、机架、汽车轮盘、车门等。

镁的化学性质非常活泼，在熔炼和浇注过程中容易与环境中的水气等发生反应产生氢气、氧化物，导致缩松、缩孔、夹杂等铸造缺陷产生。根据Pilling Bedworth理论，Mg生成的氧化膜的体积比例系数（RPB）＜1，属于疏松型，对熔体不能起到有效的保护作用。含Er镁合金在熔化的时候，由于Er与氧的亲和力更大，将生成稀土氧化物Er2O3，在熔体表面形成较致密的氧化膜，体积比例系数＞1，能够有效减少熔体的氧化夹杂。通过热力学分析可知，Er与熔剂中的MgCl2具有较强的交互作用，在熔化和精炼过程中，Er会与熔体中的过剩MgCl2发生还原反应，生成ErCl3，并沉降，有效地抑制合金中的熔剂夹杂。此外，Er会与镁熔体中析出的氢气反应，生成密度较高的高熔点化合物ErH2，下沉后成固体渣，从而减少疏松和夹杂。浇注过程中，稀土氧化物Er2O3所形成的致密氧化膜可以有效地减少熔体的二次氧化夹杂。