揭阳挤压镁合金镁挤压坯料

来源：上海隆司新材料科技有限公司 时间：2024-05-19 06:00:47 [举报]

压铸件表面总会或多或少地存在着种种缺陷，在出模后进行修整，除去多余的金属（如小块金属）、熔渣、漏道结块、溢出物、排气孔和飞边，修整可与简单的机械加工，如钻孔等一同进行。修整模通常用的是简单的开闭模，但有时也要用较为复杂的模，这取决于产品结构及其对精度的要求。修整模的尺寸精度决定了成品的质量与尺寸。

镁合金工件大都是近净成形的，尺寸也相当，修整后没有必要进行机械加工，有时为了提高表面品质，可进行振动或喷丸处理。而需要二次机加工处理的，通常都是近净成形、偏差严格和重复性良好的工件。

镁合金的抗蚀性低，因此，压铸件应进行化学防腐蚀处理和表面喷涂处理。防蚀处理在铬酸盐、磷酸盐钝化剂中进行钝化和阳极氧化处理，生成的氧化膜不但能提高镁合金的抗蚀性，而且能提高基底和喷涂层的粘结力。

对压铸件进行喷涂和喷丸处理，以提高表面质量，常用的涂料为：环氧树脂、乙烯树脂、聚氨酯等。此外，为了获得光亮均匀的表面，可进行陶瓷振动抛光处理，削除残余飞边和尖角，还可以进行研磨、抛光和其他研磨处理。

在喷丸处理镁合金压铸件时，应注意附着于工件上的降低抗蚀性的杂质微粒，好用铝丸、玻璃球和Al2O3粒子作喷丸介质，不得采用含有Fe、Cu或Ni的粒子作为喷丸，钢丸也不可用，且镁合金工件不能使用其他金属用过的喷丸进行处理。

安全工作

在镁合金压铸车间，要将安全工作放在。由于镁及镁合金的化学性质极为活泼，在生产时极易氧化、燃烧，甚至爆炸，采取对应的安全防范措施，可分为以下几方面：

锭的存放

镁及镁合金锭应储于室内，室内温度波动不可过大，不可与水汽直接接触，不可与易燃物品存于同一库内。镁燃烧，不可用水熄灭，否则不但会加速火势，还可能发生爆炸。

泄漏

在熔炼镁及镁合金时，熔体在运动剧烈或与水汽反应时易发生溅洒，因此，工作人员应穿戴防护衣服、鞋、帽、眼镜和面罩。熔炼前，锭块预热到大于150℃，熔炼工具须预热并保持干燥，浸入熔体宜缓慢，使其温度均匀升高，好不使用中空工具，以免带入水汽，引发爆炸。每个炉子、压射缸体和压型下方都应放置安全容器，收集溢出物。如果是镁及镁合金粉末自燃，不要快速移开安全容器。此外，洒落在混凝土地板上的熔体会与地面上的水汽发生剧烈反应。

镁反应

液态镁或镁合金可与氧化铁发生镁热反应，宜尽量减少坩埚壁及其他与熔体接触的钢件上形成碎屑和尘渣。

灭火

若发生火灾，应立即采用灭火剂覆盖燃烧表面，阻止其接触空气中的氧。按灭火递减顺序，可采用的灭火剂有：干燥的镁及镁合金的低熔点盐熔剂、干燥的无铸铁氧化物碎片、干砂以及适合灭火的D型灭火器。高压D型灭火器易导致火灾蔓延，只有在万不得已的情况下才采用。在镁及镁合金火灾中，不得使用水、泡沫、SO2、CO2和CCl4灭火。清理镁合金压铸件时，采用湿法处理以免粉尘飞扬；机加时应采用切削液，以降低加工区内温度。

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。

在挤压出模口或脱模后可对高温挤压材进行在线淬火，也可以精整后进行离线淬火。淬火后的挤压材具有细小的弥散显微组织，人工时效后，力学性能可有较大提高。

挤压镁合金的使用状态为T5、T6、F。T5为在线淬火后再进行人工时效的状态。T6为固溶处理与人工时效状态。固溶处理不但可提高材料强度，使其韧性大化，还可以改善抗震性能。固溶处理后再进行人工时效，可使材料强度性能大化，但韧性有所下降。F为原加工状态，即挤压状态，挤压后不进行任何热处理。

ZK60、WE43、WE54合金挤压材的热处理状态为T5、T6。ZK系列合金挤压材不但有高的力学性能，而且各向同性得到改善。WE系材料的室温力学性能对热处理不敏感，但能提高其高温稳定性。AZ61合金和AZ80合金挤压材也有时效强化作用，经T5或T6处理后，强度性能虽稍有提高，但塑性却大幅下降。ZK系列合金挤压材既有高的强度又有良好的塑性，没有必要进行热处理。

镁合金在热加工、矫直和焊接后都残留着应力，需进行退火，以消除应力。挤压镁材与轧制硬状态板材焊于一起时也进行退火，以消除残余应力；减少扭曲变形，在150℃加热60分钟即可消除应力，不需要在260℃退火。挤压镁合金的退火制度：AZ31B、AZ31C，345℃；AZ61A，345℃；AZ80A，385℃；ZK60A，290℃；保温1小时至数小时。

挤压镁合金材料消除应力退火规范见表1。若合金的Al含量大于1.5%，这种处理是的，不但可防止变形，而且更重要的是可以预防应力腐蚀开裂。镁合金挤压材的固溶处理及人工时效制度见表2。AZ71A合金材料固溶处理后，于65℃水中淬火或于其他冷却强度相当的介质中淬火。其他镁合金材料固溶处理后可在静止的空气中冷却，即可以达到淬火效果。

务必注意，淬火时冷却介质不可直接接触挤压模，以免模具开裂；淬火后应对材料进行精整矫直，可采用辊矫，也可以压力矫或拉矫，但拉矫相当困难，而辊矫则十分方便。断面形状简单的角材、槽材、工字材、圆管和带内筋的圆管都可以辊矫。拉矫可确保材料的直线度，但要在加热状态下进行。挤压材料的矫直温度为200℃～225℃，变形量应≤3%。在矫直截面厚度≤10mm的薄材料时，宜采用接触电热法加热，加热5秒~2分钟；而对截面厚度大于10mm的材料，宜利用挤压后的余热进行即时矫直。

在挤压镁合金时，应特别注意安全：应及时清除锯切锭坯上的大小毛刺，因为它们极易燃烧，锯切时也有着火、爆炸的危险；积存的切屑应及时清除，当切屑粒子小于80m时，环境则相当危险，工作人员切勿大意。

现阶段镁合金在汽车上的应用主要集中于车身、发动机和内饰件3大部分，产量持续快速增长。欧洲范围内，60多种汽车零部件已采用镁合金为材质，车用镁合金铸件的使用量正在以年均25%的速度增加；北美是世界上镁合金在汽车中用量大，使用和研发中的镁合金零部件有100多种；日本汽车业在越来越多的零件上采用镁合金材质，包括变速杆、座椅架等。大众公司的帕萨特、奥迪A4和A6等汽车的齿轮箱壳体使用AZ91D镁合金，比铝合金部件减重25%。美国福特、美国通用、日本三菱等汽车公司已采用镁合金零部件替代原有的铝合金汽车零部件和塑料零部件，包括：发动机壳体和盖、变速箱壳体和盖、离合器壳体、液力变扭器壳体、发电机托架、刹车踏板支架、车身壳体框架、车门、车轮、方向盘、仪表盘、后桥驱动器、转向节、座椅支架、把手等100多种零部件。

汽车产业中镁合金用量较多的国家和地区主要是北美、欧洲、日本和韩国，1991年汽车工业中镁合金的用量仅为2.4万吨，到1997年则增至6.4 万吨，目前这些国家和地区汽车工业对镁合金的需求已达到每年40万吨。欧洲正在使用和研制的镁合金汽车零部件已超过60种，单车镁合金用量9.3公斤～20.3公斤；北美正在使用和研制的镁合金汽车零部件已超过100 种，单车镁合金用量5.8公斤～26.3公斤；我国汽车镁合金产业的总体技术水平不高，在汽车镁合金部件设计、制造加工等方面还有较大差距，平均单车用镁量不足1公斤。经过近几年的发展，已有20余种汽车零部件可以采用镁合金生产。

我国在汽车轻量化方面起步较晚，早将镁合金应用到汽车上的企业是上汽集团。上世纪90年代，在桑塔纳轿车上采用镁合金变速箱壳体、壳盖和离合器外壳，单车用镁合金共约8.5kg。一汽集团开发了抗蠕变镁合金，用于制造高温负载条件下的汽车动力系统部件，同时顺利研发出气缸盖罩盖等镁合金压铸件。同时，东风汽车公司、长安汽车集团也参与到镁合金零部件的生产之中，尤其需要指出的是长安集团生产的“长安之星”微型车上实现了单车用镁8kg的水平，达到了目前的国际水平。在镁合金工艺方面，镁合金汽车轮毂成型技术无疑是一大亮点。

在国家研发计划的支持下，在与东风汽车股份有限公司合作中，上海交大正在针对进行有关汽车用减震台和副车架结构设计，旨在早日实现镁合金在减震塔和副车架两类大型复杂薄壁部件的成型技术与应用上的突破。

目前，汽车工业平均用镁量在10 公斤以内。从2000年开始，各国和研发机构投入大量的资源进行镁合金的研发和产品的推广，特别是我国作为镁合金资源的大国，一直希望将镁合金在汽车工业中的用量进一步提高。但是，车用镁合金的用量并没有出现预期的大幅增长，主要的镁合号还是以AZ91D和AM50为主，主要的镁合金产品以方向盘骨架、仪表盘骨架、座椅骨架等内饰部件。限制镁合金大规模应用的一个主要原因还是由镁合金特性决定的，镁合金的耐腐蚀性能差，特别是电偶腐蚀是困扰镁合金在非内饰承载部件系统中应用的大阻力。

汽车轻量化和部件集成化的发展趋势，能够发挥镁合金材料流动性好、易成形大型复杂结构件的优势，将促使镁合金的新的大规模应用，例如：车门内板和行李箱后盖内板，采用压铸镁合金可以实现优轻量化和结构优化的效果。目前，我国具有多的镁合金矿产和冶炼资源，也具有大吨位压铸装备的下游生产企业，在该领域我国已经形成了为完整的产业链，能够实现从原镁到镁合金压铸件的全流程生产和制造。

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。

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