保定挤压镁合金镁合金挤压铸造

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。

从金属变形的的主变形方式可知，轧制的主变形方式是双向延伸、一向压缩的，因此，轧制不利于充分发挥镁合金的塑性能力，镁合金轧制板带材轧制工艺并不是一种主要的工艺，在镁及镁合金的半成品产量中，平轧材也不是多的。在书面材料中，不宜把“轧制”写成“压延”，因为在国标GB/8005.1中并没有“压延”一词，只有“轧制”一词；同时，在商务印书馆出版的第3版《新华大字典》中也无“压延”一词，只有“轧制”。

镁及镁合金晶体结构为密集六方晶格，塑形变形能力不强，所以轧制板材时多采用塑性较高的AZ31和M1A合金。铝合金及铜合金晶体都是面心立方晶格，有很高的塑性，可轧成很薄的箔材。板材可按其厚度分为厚板与薄板，对铜合金及铝合金来说，厚板是指厚度＞6mm的板材，现在航空航天工业用的铝合金厚板厚度已达250mm；≤6mm的板材称为薄板。对镁合金板材来说，一般把原度11mm～70mm的称为厚板，厚度≤10mm的称为薄板。

由于镁合金的变形能力有限，为使锭坯获得大的变形量和减少裂纹产生，大都进行热轧，热轧温度300℃～450℃，可根据合金选择温度，热车道次压下率为10%～30%，铝合金的热轧道次压下率可达50%。在镁合金热轧时，若轧件温度降到315℃，则需要重新加热，以热轧的进行。

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。

ZK60A合金挤压材

ZK60A镁合金是一种不含Al的Mg-Zn系合金，含Zn4.8-6.2、Zr 0.45，共余为Mg，Zr的含量一般为0.5%。F及T5状态挤压材的室温平均弹性模量44.8GPa。室温抗拉强度/伸长率：F材料的340MPa/14%，T5材料的305MPa/11%；室温屈服强度：F材料的360MPa、T5材料的305MPa。

ZK60A合金挤压材纵向试样回转梁（R=-1）轴向负载（R=0.25）的室温疲劳断裂试验结果见图1-图4。

ZK60A合金锻件

ZK60A-T5合金锻件的回转和弯曲梁（R=-1）疲劳强度见图5及图6，纵向试样，带切口，Kt=2，经机加工和抛光，试样取自车轮轮缘。

弹性模量室温平均值44.8MPa、室温抗拉强度/伸长率305MPa/16%、室温屈服强度205MPa的ZK60A的切线和轴向轮缘回转和弯曲梁试样的室温疲劳强度见下表，试样经抛光。

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。

在镁合金的应用产品中，压力加工产品、铸造产品以及非结构应用呈三足鼎立之势，自镁实现工业化应用以来,镁在冶金工业(配制铝合金、钢脱硫、球墨铸铁等)中的应用占50%-65%,加工镁及镁合金半成品(板、带、管、棒、型材)材料的占比很小,仅为1%-1.6%，挤压材(管、棒、型材)占的比例更小，只有0.4%-0.8%。因此，每年须进行表面处理的挤压镁材量不多。挤压镁材的表面处理方法有氧化着色、阳极氧化、电镀等。

挤压镁材的氧化着色

挤压镁材氧化着色工艺流程及参数见表1，其预处理(脱脂、水洗、酸洗、光亮蚀洗)及氧化处理后的水洗等处理与前面介绍的相同。

槽液配制与管理

根据槽的容积计算所需的化工产品，加水至1/2容积，将化工产品一一加入槽中，对除油槽与氧化槽加热、开风机、搅拌,而对酸洗槽与光洗槽在室温下开风机、搅拌。搅均后加水至规定容积，再搅拌均匀,取样分析，试氧化，合格后方可正式生产。在使用期间应定期对槽液成分进行化学分析。

氧化膜缺陷修补

挤压材表面上的氧化膜应均匀、牢固，若检查不合格，可作如下修补：

清除不合格膜层，重新处理。

局部清除有缺陷的氧化膜,再用补色液着色，常用的补色液见表2。用汽油或工业酒精擦净油污后,用玻璃砂布轻轻打磨，露出干净的镁，以压缩空气吹净粉尘，用浸以酒精液的纱布擦净表面，晾干后用缠锦纱或棉花的玻璃棒或木棒,蘸上氧化液在表面上反复涂擦约35s，晾干后即可。