东丽经营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。

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。

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。

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。

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%。

镁合金副驾驶座椅骨架

常规车型的驾驶座椅骨架主要为钢件，其中包括靠背骨架、座垫骨架和滑轨。因为，常规车型的改制存在一定的限制，按照轿车座椅设计的有关规定，为了汽车性能，将副驾驶座位的椅骨架替换为镁合金。制作工艺主要应用挤压、弯曲和冲压，镁合金件的焊接技术为氢弧焊，使用结构胶连接所有材料零部件。经过实践之后，镁合金副驾驶座椅骨架的质量显示为12.66kg，和钢结构件对比质量减轻了8.3%。

镁合金前、后副车架

为镁合金前、后副车架技术参数能够满足规定要求，需要完善原本的结构设计。设计过程中，通过楔形加强筋、局部位置设置纵向加强梁以及局部增厚这三种要求进行结构设计，并对终设计成果展开验证、分析，可以得出设计而成的镁合金前、后副车架技术参数与规定相符。这一部分所应用的工艺主要有挤压、弯曲和整形，焊接制造则是以分段制造、环形焊与角焊为主，结束焊接操作之后压入支承套橡胶内衬，使用螺栓连接轿车，同时设置复合材料垫圈，达到良好的联接效果。经过轻量化设计之后的镁合金前、后副车架，其质量与钢件相比分别减轻了50.5%、62.3%。

镁合金轮辋

按照镁合金制造的有关规定，轮辋小辐条根部位置要进行挖深处理，镁合金车轮要满足性能要求，弯曲疲劳、径向疲劳的大应力相比镁合金材料的疲劳强度小于110MPa，使用期限超过107次。经过实践可知，轻量化设计之后的镁合金轮辋质量降低为7.9kg，相比铝合金材料的轮惘减轻了37%。

3D打印

3D打印技术是诸多新技术的一种，是以新车模型、工具的实际运用为前提研发的技术。通过扫描镜、激光束等部件制作镁合金零部件，有效提升了零部件制作的速度。如今，3D打印技术已经在汽车企业中实现普及，节省研发成本的同时很好的提升了研发效率，可以满足要求多、批量小的客户。

用于制造汽车零部件的镁合金种类较多，包括Mg-Mn合金、Mg-Zn合金和Mg-Al合金。其中，Mg-Al合金用量大，因为添加Al元素能提高镁合金的强度及铸造性能，而且成本较低。在Mg-Al合金加入少量Mn元素可降低杂质Fe的含量比。基于Al、Mn元素设计的镁合号有AZ系列的AZ91D和AM系列的AM60等。