1、鎂合金簡(jiǎn)介
鎂是一種銀白色的輕金屬，密度僅為1.74g/cm3，還不到鋁的2/3，而鎂合金的強(qiáng)度又很高，早在二戰(zhàn)前即以其在多種結(jié)構(gòu)（如飛機(jī)結(jié)構(gòu)件）上的適用性，而成為最輕的優(yōu)質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料。自然界鎂的賦存十分豐富，是地殼中僅次于鋁、鐵，是第三個(gè)豐度最高的結(jié)構(gòu)金屬。當(dāng)前全球主要從菱鎂礦、白云石、鹽湖鹵水和海水中提取金屬鎂。我國(guó)的菱鎂礦資源總量為５３億噸，白云石已探明儲(chǔ)量４０億噸以上。青海鹽湖擁有67.3億Ｍ３的晶間鹵水也是我國(guó)重要的煉鎂資源。我國(guó)鎂資源的現(xiàn)有儲(chǔ)量居世界首位。金屬鎂的首要用途是用作合金添加元素；其次是制造適于作結(jié)構(gòu)件的鑄造和變形鎂合金；最后是用于鋼鐵脫硫。目前熔煉鋁合金幾乎占去了全球鎂用量的半壁河山。鎂合金作為結(jié)構(gòu)件使用，在過去除在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用外，由于成本原因，沒有像鋁合金那樣得以廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，為解決降低能耗和環(huán)保問題，汽車工業(yè)把目光投向使其輕量化的鎂合金。鎂合金能減輕車重和降低燃油消耗，比強(qiáng)度高、比剛度接近于鋁合金和鋼，良好的鑄造性能和尺寸的穩(wěn)定性、易加工、廢品率低，抗沖擊、阻尼性能好、在降低噪聲、減輕振動(dòng)、安全和舒適方面優(yōu)于鋁和鑄鐵。在汽車工業(yè)的推動(dòng)下，壓鑄鎂合金在過去十年內(nèi)，以年均１５％的增長(zhǎng)速度在不斷擴(kuò)大市場(chǎng)。此外手機(jī)外殼、手提電腦、高級(jí)視聽設(shè)備及數(shù)碼相機(jī)的外殼中已廣泛使用鎂合金零部件，充分發(fā)揮鎂合金質(zhì)輕、耐用、減振、屏蔽無(wú)磁性等功能。目前鎂合金生產(chǎn)與應(yīng)用的領(lǐng)域和用途不斷拓展，大有方興未艾之勢(shì)。
2、鎂合金流變成形技術(shù)
流變成形技術(shù)始于二十世紀(jì)七十年代，由美國(guó)MIT的Flemings教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最先提出。流變成形的基本原理是在熔體凝固過程中對(duì)熔體施加攪拌，從而改變凝固中的形核和長(zhǎng)大規(guī)律。將經(jīng)過攪拌的熔體導(dǎo)入成形設(shè)備內(nèi)，獲得的鑄件微觀組織為細(xì)小均勻的等軸晶，而不是常規(guī)鑄造的粗大樹枝晶。適合于流變成形的成形方式多種多樣，如連鑄、壓鑄、擠壓、鍛造、軋制等。隨著鎂合金壓鑄工業(yè)的迅猛發(fā)展，流變壓鑄技術(shù)已表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。常規(guī)液態(tài)壓鑄件內(nèi)往往存在氣孔，導(dǎo)致生產(chǎn)成品率低，零件無(wú)法通過熱處理提高性能。流變壓鑄能避免鑄件內(nèi)形成氣孔，鑄件性能得到改善，生產(chǎn)效率顯著提高。
3、雙螺旋流變成形技術(shù)
雙螺旋流變制漿技術(shù)由英國(guó)Brunel 大學(xué)Z.Fan等人發(fā)明并申請(qǐng)了多項(xiàng)國(guó)際專利。北京有色金屬研究總院與發(fā)明人合作，共同致力于該技術(shù)的二次開發(fā)和推廣應(yīng)用。雙螺旋流變制漿設(shè)備通過一對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的螺桿對(duì)熔體實(shí)施高剪切率攪拌。熔體經(jīng)過攪拌處理后直接進(jìn)行壓鑄、擠壓、軋制等。雙螺旋攪拌技術(shù)適用于多種不同牌號(hào)鎂、鋁合金，具有連續(xù)處理熔體的能力，是目前最為成功的流變成形熔體處理技術(shù)。
4、半固態(tài)觸變成型鎂合金組織性能分析
半固態(tài)觸變注射成型鎂合金AZ91D 的組織與性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，該成形法所生產(chǎn)的鎂合金產(chǎn)品的組織及力學(xué)性能均優(yōu)于壓鑄產(chǎn)品，從而為應(yīng)用半固態(tài)觸變成型法進(jìn)行鎂合金汽車零部件的生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
5、觸變注射成型 鎂合金 組織 力學(xué)性能
隨著對(duì)綠色、環(huán)保等方面要求的提高，鎂合金以其重量輕、比強(qiáng)度高、比剛度高、減震性好、耐電磁屏蔽、易回收等特點(diǎn)從眾多金屬材料中脫穎而出，廣泛的應(yīng)用于航空、航天、電子和汽車等行業(yè)。目前，鎂合金應(yīng)用的兩大熱點(diǎn)產(chǎn)業(yè)是電子業(yè)和汽車業(yè)。一方面，用于“3C” (Computer、Communication、Consumption Electronics Products)產(chǎn)品的殼體，有逐漸取代可回收性較差的塑料殼體的趨勢(shì)；另一方面，作為實(shí)際應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)金屬，鎂合金能夠滿足交通運(yùn)輸業(yè)日益嚴(yán)格的節(jié)能和尾氣排放要求，從而生產(chǎn)出重量輕、耗油少、環(huán)保的新一代交通工具。
國(guó)內(nèi)外廣泛采用的鎂合金成形方法為壓鑄法。壓鑄鎂合金產(chǎn)品具有尺寸穩(wěn)定性好、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，但也具有夾雜多、氣孔多、成形后難熱處理、尺寸近凈成形差等不足。采用壓鑄法制造的零件很難滿足諸如用于“ 3C”產(chǎn)品中所廣泛使用的薄壁殼體類零件以及用于汽車工業(yè)中的高性能鎂合金零部件的要求。
同壓鑄法相比，半固態(tài)方法制造的產(chǎn)品具有鑄造缺陷少，產(chǎn)品的力學(xué)性能、尺寸精度、表面和內(nèi)在質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，此外還有節(jié)約能源、安全性好、近凈成形性好等優(yōu)點(diǎn)。目前世界上已經(jīng)成功工業(yè)化的鎂合金半固態(tài)成型技術(shù)是觸變注射成型技術(shù)[1]。長(zhǎng)春華禹鎂業(yè)有限公司是我國(guó)最早引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)的廠家，本文利用該公司的觸變注射成型機(jī)制備試樣，對(duì)觸變注射成型鎂合金的組織及力學(xué)性能進(jìn)行了分析，從而為公司下一步進(jìn)行汽車用高性能鎂合金的研究開發(fā)作適當(dāng)?shù)募夹g(shù)儲(chǔ)備。
6、半固態(tài)觸變注射成型技術(shù)的原理及工藝過程 。
6.1：半固態(tài)觸變注射成型技術(shù)的原理
在普通鑄造過程中，初晶以枝晶方式長(zhǎng)大，當(dāng)固相率達(dá)到0.2 左右時(shí)，枝晶就形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)骨架，失去宏觀流動(dòng)性。半固態(tài)成形是在液態(tài)金屬?gòu)囊合嗟焦滔嗬鋮s過程中進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌，使普通鑄造成形時(shí)易于形成的樹枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架被打碎而保留分散的顆粒狀組織形態(tài)，懸浮于剩余液相中。這種顆粒狀非枝晶的顯微組織，在固相率達(dá)0.5～0.6 時(shí)仍具有一定的流變性，從而可利用常規(guī)的成形工藝如壓鑄、擠壓，模鍛等實(shí)現(xiàn)金屬的成形[2～4]。 半固態(tài)觸變注射成形法是近些年來(lái)開發(fā)的一種新工藝，源于美國(guó)DOW化學(xué)公司，美國(guó)THIXOMAT公司將其商業(yè)化。該工藝是將塑料的注塑成形原理與半固態(tài)金屬成形工藝相結(jié)合，集半固態(tài)金屬漿料的制備、輸送、成形等過程于一體，該法較好地解決了半固態(tài)金屬漿料的保存輸送、成形控制困難等問題。
6.2：半固態(tài)觸變注射成型技術(shù)的工藝過程
注射成形法主要工藝過程如下：被制成顆粒的鎂合金原料（由枝晶鎂合金鑄錠制成，其組織仍為枝晶組織）從料斗中加入；在套筒中的鎂合金原料通過電加熱轉(zhuǎn)變成半固體狀態(tài)，在螺桿的剪切作用下，在套筒中半固體金屬漿料形成了近乎于球形狀的固體顆粒，在注射缸的作用下，以相當(dāng)于塑料注塑機(jī)的十倍速率壓射到模具內(nèi)成形。