清浦区生产铸造镁合金铸造镁合金厂家

随着轻质结构材料在航空航天、及汽车等重要工业领域中的大规模应用，镁合金以其低密度、的特点受到科研人员的高度重视，并得到企业界的关注。在镁合金体系中，相比于传统的镁铝系和镁锌系合金，以稀土为主要合金元素的镁稀土合金具有更高的强度和抗蠕变性能，因而其作为结构材料在上述关键领域具有广泛的应用前景。基于上述需求，近年来国内外学者开发了一系列的镁稀土合金材料，并开展了相关的制备、加工技术和应用研究，取得了较大的进展。但在镁稀土合金开发和应用过程中，仍遇到一些困难及技术瓶颈难题，主要表现在材料的成分设计、熔体纯净化与细化、材料制备与成型加工技术及产业化应用等方面。近日上海交通大学轻合金精密成型中心丁文江院士、吴国华教授与江苏大学材料学院汪存龙博士及上海理工大学材料学院孙明博士等人系统综述了铸造镁稀土合金的研发与应用概况。该文主要针对镁稀土合金的材料设计、熔体纯净化与细化、材料液态加工技术、镁稀土合金的产业化应用等进行了详细的综述。（1）镁稀土合金材料体系的开发稀土元素（RE）通常分为两类，即轻稀土和重稀土，已经开发的高强耐热Mg-RE系合金主要以重稀土为主，例如Mg-Gd，Mg-Y，Mg-Nd，Mg-Dy，Mg-Sm等。上述新近开发的Mg-RE合金具有与常规Mg-Al或Mg-Zn系列合金相当的密度但力学性能得到大幅度提高；而与铸造Al合金相比，其具有相当的强度和更低的密度；因而镁稀土合金具有兼具高强度和低密度的优势。常见的铸造铝合金和镁合金的屈服强度和抗拉强度随轻金属密度变化的示意图如图1所示。由于Mg-Gd和Mg-Y合金具有很强的时效硬化能力和潜在的实际加工潜力，因此成为研究多的合金，而现有的镁稀土合金也主要基于此两种体系。

镁是化学元素周期表中比较的金属元素，具有非常强的化学活性和氧化性[4]。纯镁为银白色，表面容易与空气中的氧气发生氧化反应，生成氧化镁薄膜。镁的密度很小，相应地镁合金密度也比较小，是比钢铁、铝合金更轻的轻型结构材料[5]。主要特点如下：

（1）镁合金的密度很小，相当于铝合金的35%左右，钢铁的25%左右。

（2）镁合金稳定性强，可以进行快速切削加工，且能够保持较高的铸造尺寸精度和机械加工尺寸精度。

（3）镁合金具有很强的抗电磁干扰屏蔽性，在生产加工与使用过程中具有很强的适用性。

（4）镁合金的化学性质活泼，热加工性较弱，在熔炼铸造与焊接过程中容易产生缺陷。

镁合金作为一种重要性仅次于钢铁、铝合金的结构材料，在生产加工过程中常见的加工方式就是焊接。镁合金的物理性质与铝合金相差不太大，适用于铝合金的焊接方式基本上都能用于镁合金生产加工[8]。镁合金的焊接工艺多种多样，比较常见的有六种，具体是：钨极惰性气体保护焊、激光焊、搅拌摩擦焊、电子束焊接、复合焊接、熔化极惰性气体保护焊，但都存在一定的缺点与不足，尤其是针对镁合金铸造锻件的补焊过程中，缺点与不足尤为

在采用传统技术压铸时，熔体呈高速紊流和弥散状态充填压铸型腔，腔内气体（空气、保护气体和模具表面润滑剂挥发气体）无法排出，形成高压微孔或溶于合金内，抑或在充模过程中形成气隔，使充模过程中断。气孔中的气体在高温下析出或胀大，使铸件变形和表面鼓包。因此，用传统压铸工艺生产的镁合金工件，不能进行热处理或在较高温度下工作。

近30年来，为了克服这些缺陷、提高其质量和拓宽压铸技术的应用范围，科技工作者开发出了新的压铸工艺，如真空压铸、充氧压铸和半固态压铸等。与传统压铸工艺相比，新工艺在消除压铸件铸造缺陷和提高力学性能、表面及内在品质等多方面具有性。

真空压铸

真空压铸是通过在铸造过程中，排除型腔内气体而消除或减少压铸件内气孔和溶解气体以提高压铸件的力学性能和表面质量。真空压铸的大冲头速度可达10m/s，充型时间20s~30s，工件小壁厚1.5mm~2mm，强度性能可提高10%以上，韧性可提高20%~50%。此外，真空压铸还可以提高AM50合金的伸长率，由普通压铸的15%上升到19%。

20多年前，真空压铸AM60B合金汽车轮和方向盘就已获得应用，但真空压铸对镁合金工件性能的提高远不如铝合金明显，因未受到重视，真空压铸镁合金工艺的开拓也不强劲。

充氧压铸

充气压铸又称无气孔压铸，是在镁熔体充型前，将氧或其他活性气体充入型腔，置换型腔内的空气。镁熔体充型时与活性气体反应，生成MgO微粒，弥散地分布于压铸件内，从而清除了压铸件中的气体，使镁合金压铸件可以进行热处理强化。日本轻金属公司率先用充氧压铸工艺生产出了AZ91合金计算机整体磁头支架、汽车车轮等。

压缩成型

美国俄亥俄精密成型公司开发的压缩成型法，是向整个压铸件表面施加压力，镁合金在压力作用下凝固，改善了合金的显微组织，晶粒细化，使得空隙率大大下降，铸件组织致密均匀，可用于生产性能要求高、形状复杂的镁合金零件。

挤压铸造

挤压铸造是压力铸造的一种，早出现在1819年英国的一份专利中。德国1931年制出世界首台挤压铸造机，随后，在苏联得到广泛应用，但直到20世纪60年代，在北美、欧洲和日本才开始应用。北美压铸协会（NADAC）给挤压铸造下的定义是采用低的充型速度和小的扰动，使金属熔体在高压下凝固，以获得可热处理的、致密度高的铸件铸造工艺。实验证明，在充型速度小于2m/s、充型压力大于70MPa，即可获得组织和性能良好的铸件。据不完全统计，2022年，全世界约有365台挤压铸造机，大都用于铸造汽车、自行车、空调器、阀和泵等零件。

合金熔体被注入型腔内，在挤压铸造机冲头的机械压力作用下，被挤压成型，并在压力作用下凝固，铸件组织致密，很少有气孔、疏松、疏孔等缺陷，显微组织细小均匀，有时铸件的力学性能几乎与锻件的相等。铸件在压力状态下凝固成型，不会变形开裂，工艺简单，操作方便灵活，自动化水平高，成品率高。多用于生产强度高、气密性好的零件，特别是薄板类铸件，如各种阀体、机架、汽车轮盘、车门等。

镁合金是以镁为基体，同时加入其他元素合金化而成，能够改善材料的物理、力学、热力学、耐腐蚀等性能，从而满足不同领域及工作环境的需求 。稀土元素能够在一定程度上改善镁合金的熔体净化效果和铸造能力，同时能够优化组织，提高材料的力学性能及抗氧化和抗蠕变性能 ，使镁合金强度提高1.5~2.5倍，极限工作温度提升至350℃，且耐蚀性能显著提升，拓展了镁合金的应用领域。Gd对镁合金具有显著的强化效果，但其高昂的价格限制了Mg-Gd系合金的应用与推广，因此，需要寻找到与Gd作用相似且廉价的合金化元素。Er在镁合金中与Gd具有类似的作用，这使得新型含Er铸造镁合金的应用成为可能，且价格低廉，目前已开发出了一系列具有较高强度和热稳定性的含Er铸造镁合金。本课题综述了Er对铸造镁合金熔体、组织与性能的影响规律及其作用原理，构建了含Er稀土镁合金固溶度变化简易模型，展望了含Er镁合金未来的研究方向。

镁的化学性质非常活泼，在熔炼和浇注过程中容易与环境中的水气等发生反应产生氢气、氧化物，导致缩松、缩孔、夹杂等铸造缺陷产生。根据Pilling Bedworth理论，Mg生成的氧化膜的体积比例系数（RPB）＜1，属于疏松型，对熔体不能起到有效的保护作用。含Er镁合金在熔化的时候，由于Er与氧的亲和力更大，将生成稀土氧化物Er2O3，在熔体表面形成较致密的氧化膜，体积比例系数＞1，能够有效减少熔体的氧化夹杂。通过热力学分析可知，Er与熔剂中的MgCl2具有较强的交互作用，在熔化和精炼过程中，Er会与熔体中的过剩MgCl2发生还原反应，生成ErCl3，并沉降，有效地抑制合金中的熔剂夹杂。此外，Er会与镁熔体中析出的氢气反应，生成密度较高的高熔点化合物ErH2，下沉后成固体渣，从而减少疏松和夹杂。浇注过程中，稀土氧化物Er2O3所形成的致密氧化膜可以有效地减少熔体的二次氧化夹杂。