璧山生产挤压镁合金镁合金压铸

来源：上海隆司新材料科技有限公司 时间：2025-01-16 03:04:53 [举报]

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。

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。

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。

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