忻州导热镁合金材料高导热镁合金型材

来源：上海隆司新材料科技有限公司 时间：2024-11-16 09:01:09 [举报]

铸锭凝固时，随着冷却速度的加大，减小了脆性温度区间，提高了固液区的金属的塑性，有利于减少热裂纹。晶粒粗大的凝固着的锭的脆性温度也较大。过热合金熔体将使晶粒粗化，加大脆性温度范围，降低合金的塑性，从而加大脆性敏感性。
　　晶粒形状也对脆性区范围和固液区的塑性大小有影响，柱状晶的不但脆性区较大，且其固液区的塑性也较低，因而易形成热裂纹。
　　铸造速度、铸造温度、冷却强度、铸锭尺寸及形状都对铸锭凝固速度有着直接影响，因而直接影响铸锭的内应力、脆性区大和固液区的塑性。在铸造镁合金锭时，不能同时不适当地加大铸造速度与冷却强度，否则会加大热裂纹敏感性。镁合金有较大的热裂纹敏性，裂纹的分布形式主要与工艺条件有关，常见形式有表面裂纹和发状裂纹。
　　冷裂纹
　　铸锭中的冷裂纹是在凝固以后形成的，是当铸锭冷却到低于不平衡固相线温度以下时，由于铸锭收缩困难造成的，即取决于当时铸锭的内应力大小和塑性高低。铸造应力可分为热应力、相变应力和收缩阻力。在连续铸造时，镁合金的相变应力可不考虑，主要是其余的两种应力，但是收缩力也不大，同时可调控，因此，热应力是主要的，所以冷裂纹取决于在固态时铸锭内部热应力的大小和塑性高低。
　　热应力的产生是由于铸锭内外各层间的收缩不同步与收缩系数的相异，例如直径530mm MB15合金圆锭，在铸造速度为33.6cm/min时，中心部分的平均冷却速度为48℃/min，而外表层的为58℃/min，这种差别必然导致收缩系数不一样，另外各层的收缩时间也不同步，表皮先收缩，中心后收缩，这就会使铸锭内部产生应力。一旦这种热应力超过铸锭的屈服Rp0.2，就会形成冷裂纹。
　　热应力大小除与线膨胀系数α及温差有关外，还与合金的正弹性模E有关，镁合金的E小，只有45000N/mm2，热应力也会小一些。另外，在镁合金铸造过程中所允许的结晶速度较低，产生的热应力不大，故镁合金铸锭产生冷裂纹的几率不高。

变形镁合金锭的基本铸造工艺参数是速度、温度、冷却水压和结晶器高度，个的可调可控力度大，结晶器一旦制造完毕，它的高度就定下来了。此外，还有一些未纳入制度的相对不太重要的参数，它们也对铸锭组织、裂纹敏感性、致密度、表面品质有一定的影响，例如结晶器锥度、内表面粗糙度、水孔大小、水的喷射角度，铸造漏斗直径、孔径、孔数、沉入熔体深度，等等。
　　在不同的铸造速度时，铸造速度越大，冷却强度也大，液穴深度随着变小。结晶器高度变小时，强却强度也随着变弱。
　　在铸造镁合金圆锭时，在一般情况下，采用高一些结晶器，可以避免通心裂纹。加高结晶器高度，如果调低铸造速度，则表面会产状淬火裂纹。对于热脆性较敏感的合金，若采用低结晶器，相应降低铸造速度，但此时锭表面的冷隔成层缺陷却会增多，同时还可能产生横向裂纹。因此，应合理确定结晶器高度与铸造速度，一旦结晶器高度确定了，也就可以选定铸造速度，铸得既无裂纹，表面品质又好的锭坯。
　　铸造速度一定时，结晶器越高液穴也越深，但当结晶器高度大于200mm后，提高结晶器高度，液穴的变化也不十分明显。
　　提高结晶器高度，也即相对降低了凝固速度，可延长金属中间化合物的生长时间。结晶器越高，对镁合金金属中间化合物尺寸的增大和数量的增多影响也越明显。在铸造200mm×800mm扁锭时，中间金属化合物的偏析与结晶器高度的关系见表1。
　　综合各方面的因素，当铸造直径350mm~690mm锭时，结晶器高度以145mm~250mm为佳；铸造200mm×800mm扁锭的适宜结晶器高度为250mm；铸造260mm×960mm的结晶器高度为300mm。
　　MB15合金的热裂纹敏感性较大，对水冷强度非常敏感，可采取推迟二次水冷方法，不但不会产生热裂纹，而且铸锭表面品质也有所提高。

压铸镁合金时采用熔剂熔炼会带来操作上的诸多困难，特别是热室压铸尤为不便，同时熔剂夹杂更加，上世纪70年代开发的无熔剂熔炼工艺在镁合金熔炼发展史上有着里程碑意义。大量研究表明，CO2、SO2、SF6等气体对镁及镁合金熔体有良好的保护作用，特别是SF6的效果尤为。

液态镁在干燥纯净的CO2中氧化速度慢，高温下可发生化学反应形成固态MgO与无定型碳，它可以填充于氧化膜间隙处，提高熔体表面氧化膜的致密性，同时还能强烈地抑制镁离子扩散到表面膜的表面，从而阻抑镁的氧化。
　　镁与SO2反应生成固态MgO与MgS，在熔体表面形成一层致密的保护性强的MgS-MgO复合膜层。
　　是一种人工制造的气体，它的密度为空气的4倍，在室温下很稳定，但SF6的混合气体发生化学反应时可能形成有刺激性的有毒气体。SF6与镁反应可生成固态MgF2与SO2F2.MgF2的致密度高，可与MgO形成连续的致密氧化膜。值得注意的是，SF6应是干燥的，否则水分会大大加剧镁的氧化，还会生成有毒的HF气体。
　　保护气氛
　　是一种非常有效的保护气氛，能显著降低镁的烧损，得到普遍采用。实验表明，保护气氛中含有0.01Vol.%SF6就有的保护功能，但在实际操作中，为了补充SF6与熔体反应和泄漏损耗，SF6的浓度应高些。SF6保护气氛有两种：干燥空气与SF6的混合物，干燥空气、CO2、SF6的混合物。
　　的价格高且有潜在温室产应，就尽量控制SF6的排放量。保护气氛中的SF6浓度不得超过2Vol.%，否则会引起坩埚损耗。SF6是影响镁合金生命周期（LCA）的主要因素，也是制约镁成为21世纪绿色材料的关键因素。2000年国际镁业协会（LMA）呯吁行业开发新的保护气体以取代SF6。

镁是轻的结构材料，优点多，随着汽车对产品轻量化和节能减排等要求的提高，为镁的发展创造了大好机遇，成为世界一些国家开发与研究的热门课题，但是国际上对镁及镁合金产品生命周期的环境影响还缺乏全面系统的分析和评价，这也成为制约其大量使用的一个重要因素。目前，德国、澳大利亚和中国等的冶金科学家和材料界人士正致力于原镁提取工艺过程及其产品的LCA研究，取得了可喜的成果。2003年澳大利亚科学家的研究表明，电解法提取原镁的温室气体排放为20.4~26.4kgCO2当量/kg·Mg，而中国皮江法炼镁（含生产硅铁的电耗）的为37~47kgCO2当量/kg·Mg，后者的约为前者的2倍，这成了国际上对中国皮江法炼镁环境影响的负面评价。然而，北京工业大学材料环境协调性评价中心新的研究结果表明，2009年中国较的皮江炼镁法的温室气体排放强度为25.6kgCO2当量/kg·Mg，几乎与电解法的平均水平相当，而且还有进一步降低的空间。这得益于原镁提取过程中采取了综合的节能减排措施，例如全面改造炉窑，采用清洁能源、蓄热式高温空气燃烧技术及余热利用技术等。
　　与铝工业的LCA研究工作相比，对镁及其产品的LCA研究还处于初级阶段。铝、镁等轻质材料是减重的佳材料，对于以汽车为代表的交通运输工具轻量化、节能减排具有十分重要的意义。国际铝业协会在一份报告中称，汽车质量每减轻10%，油耗可降低6%~8%，有研究指出，汽车多用1kg铝在服役期间排放的CO2就可以下降约20kg；如果每辆汽车使用70kg镁合金，每年排放的的CO2可减少30%以上。

用仪表板横梁通常采用钢管和钢板冲压件组合焊接制造，此类钢制仪表板横梁总成的组成零件数量多，需要焊接组装，不利于尺寸控制，且整体重量大，不符合轻量化理念。而根据文献报道，采用镁合金压铸的仪表板横梁可减重50%以上，轻量化效果非常明显。主要是因为镁合金是目前应用的金属结构材料中轻的，具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼性、切削加工性和铸造性能好等优点，因此镁合金仪表板横梁在国外汽车产品中得到广泛的应用。
　　本文主要从设计选材、结构优化和性能验证等方面，简要介绍AM60B镁合金在奇瑞某车型的仪表板横梁上的应用情况。
　　镁合金仪表板横梁的特点
　　镁合金仪表板横梁与钢制仪表板横梁相比具有以下特点：
　　（1）轻量化 镁合金的密度为1.78g/cm3，仅为钢密度的1/4，减重在50%以上。
　　（2）零件集成化程度高，尺寸稳定 与钢制件相比，镁合金仪表板横梁采用整体压铸的生产工艺，可以把传统钢质CCB的20多个零件集成为一个件。
　　（3）安装尺寸精度高 由于采用整体压铸，尺寸精度很高，所有的尺寸公差都可以控制在0.5mm以内，解决目前钢骨架安装过程中的干涉和异响等问题。
　　（4）设计灵活 由于采用压铸工艺，产品工艺性好，零件形状的设计自由度大。
　　（5）绿色环保 镁合金材料可以回收利用。
　　镁合金的选择
　　目前镁合金的种类有很多，汽车工业采用较多的是AM系和AZ系合金，常用镁合号主要有AM60B和AZ91D。其中AM60B的铝含量较低，由于随着铝含量的降低，材料的韧性逐渐增高，故与AZ91D相比，AM60B的韧性和塑性较好。AM60B是高纯牌号，因此具有和AZ91D一样优良的耐蚀性能，且与A380铝合金相比，耐蚀性更加。
　　本文所介绍的仪表板横梁形状复杂、体积庞大而且壁厚不均，要求承载各种仪表仪器，因此需具有较高的韧性和强度。通过综合考虑AM60B和AZ91D的性能以及参考有关文献资料，终决定选用AM60B（性能见表1）作为制造仪表板横梁的材料。
　　表1 AM60B镁合金的化学成分和物理性能

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