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材料专业关于镁合金的论文

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-09-26  浏览次数:129
核心提示:材料专业关于镁合金的论文
压铸镁合金
压铸镁合金材料的发展历史:
1808 年面世, 1886 年始用于工业生产。镁合金压铸技术 [1] 从 1916 年成功地将镁合金用于压铸件算起,至今也经历了八十余年的 发展。人类在认识和驾驭镁合金及其制品的生产技术方面,经历了漫 长的探索历程。从 1927 年推出高强度 MgAl9Zn1 开始,镁合金的工 业应用获得了实质性的进展。1936 年德国大众汽车公司开始用压铸 镁合金生产“甲壳虫”汽车的发动机传动系统零件,1946 年单车使 用镁合金量达 18kg 左右。 美国在 1948~1962 年间用热室压铸机生 产的汽车用镁合金压铸件达数百万件。尽管如此,过 去镁合金作为 结构材料主要用于航空领域,在其它领域,世界上镁的主要用途是生 产铝合金,其次用于钢 的脱硫和球墨铸铁生产。近年来, 由于人们 对产品轻量化的要求日益迫切, 镁合金性能的不断改善及压铸技术的 显著进步,压铸镁 合金的用量显著增长。特别是人类对汽车提出了 进一步减轻重量、降低燃耗和排放、提高驾驶安全性和舒 适性的要 求, 镁合金压铸技术正飞速发展。此外,镁合金压铸件已逐步扩大到 其他领域,如手提电脑外壳,手提电锯机壳,鱼钩自动收线匣,录像 机壳, 移动电话机壳, 航空器上的通信设备和雷达机壳, 以及一些 家 用电器具等。
[2]
常用的压铸镁合金大多是美国牌号
AZ91,AM60,AM50,AM20,
AS41 和 AE42 , 分 别 属 于 Mg-Al-Zn , Mg-Al-Mn , Mg-Al-Si 和 Mg-Al-RE 四大系列。
对压铸镁合金的研究:
镁合金的密度小于 2g/cm3,是目前最轻的金属结构材料,其比 强度高于铝合金和钢,略低于比强度最高的纤维增强塑料;其比刚度 与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料;其耐腐蚀性比低碳钢好得 多,已超过压铸铝合金A380;其减振性、磁屏蔽性远优于铝合金; 鉴于镁合金的动力学粘度低, 相同流体状态(雷诺指数相等)下的充型 速度远大于铝合金,加之镁合金熔点、比热容和相变潜热均比铝合金 低,故其熔化耗能少,凝固速度快,镁合金实际压铸周期可比铝合金 短 50%。此外,镁合金与铁的亲和力小,固溶铁的能力低,因而不容 易粘连模具表面,其所用模具寿命比铝合金高 2~3 倍。 对与压铸 镁合金,目前主要有以下几个方面的研究: (1) 高温使用性能:目前 AZ 及 AM 两个系列的镁合金压铸件占汽 车用镁合金压铸件的 90%,这两个系列的镁合金在 150℃以上强度均 明显下降。 现已开发出 150℃以上抗蠕变能力的 AS 系列压铸镁合 金,AS41A 如 合金(Mg43%Al1%Si0.35%Mn),其 175℃蠕变强度优于 AZ91D 和 AM60B,且有较高伸长率、屈服强度和 抗拉强度。大众公 司 Beetle 发动机曲轴箱以前一直采用 AS41 和 AS42,最近采用的 一种改进的合金 AE42 在高温下的蠕变性能则更好些。 某些微量元素 如稀土元素 Y、 Sr 等, Nd、 对压铸镁合金具有明显的晶粒细 化作用, 可提高压铸镁合金的强度和抗蠕变能力, 如最近研制的 AE42 的抗蠕 变能力优于传统 MgAlSi 合金, 可在 200~250℃长期使用。 AS 和 但
AE 合金对高温性能的改善仍是有限的,其铸造性能比 AZ 和 AE 合 金要差,加之稀土元素成本高,使生产和应用受到一定限制。 (2) 延展性:目前,镁压铸件在需要安全及高断裂韧性的用途上增长 非常迅速。在工作情况下要提高吸收能 量的能力,就应提高材料的 断裂韧性。通过在合金中减少铝,可以做到这点。AM60 和 AM50 在仪 表板托 架、转向盘转轴及座椅等安全部件上得到广泛应用,AM20 目 前还应用到座椅的后背框架。另外,断裂延 伸率与温度关系也是相 当密切的,尤其是在约 50℃以上时,随温度的增加而增加。 (3) 镁合金的耐蚀性:耐蚀性也曾是镁合金扩大应用的一大障碍。镁 的化学活性高,以镁为基的合金和复合材料易发生微电池腐蚀,一般 低纯度压铸镁合金的耐蚀性差。严格规定了 Fe,Ni,Cu 等杂质元素 的高纯度压铸镁合金(如 AZ91D),以及含稀土的 AE42,其盐雾试验 的耐蚀性已超过压铸铝合金 A380,远好于低碳钢。调整化学成分、 表面处理和控制微观组织等均可改善其耐蚀性。 尽管提高镁合金件耐 蚀性的方 法众多,但若不从材质本身解决问题,耐蚀性差始终是镁 合金件获得大量应用的一个技术障碍。 (4) 阻燃镁合金:在镁合金中添加 Al(2.5%)、Be 合金(Be 加入量为 0.0005%~0.03%)或含 Ca 合金,也可有效地防止镁合金液的氧化。 目前,一些研究者正在从事具有阻燃性能镁合金的研究。 (5)镁合金基复合材料:用碳化硅等颗粒增强的镁合金基复合材料 已进行了多年的研究开发, 目前虽尚未达到在压铸领域商业应用的阶 段,但已用砂型铸造、精密铸造等方法制成了叶轮、自行车曲柄、汽
车缸套 等铸件,并有将这种复合材料与半固态铸造相结合,应用于 压铸和挤压铸造领域的发展趋势。
简介几种镁合金压铸技术:
镁合金可用冷室或热室压铸机压铸。 目前对热室压铸机的改进主 要包括:采用储能器增压,压射柱塞的压射速度可达 6m/s;感应加 热鹅颈管和喷嘴,使之保持最适宜温度;采用双炉熔化保温,并采用 绝热装置和再循环管道,精确保持熔池温度。用冷室压铸机压铸镁合 金时,必须对压铸机的压射系统和自动给料系统进行必要的改造,使 之适用于镁合金压铸的要求。改造[4]的内容包括:(1)将压射系统的 快压射速度由 压铸铝合金时的 4~5m/s提高到 6~10m/s;(2) 缩短增压过程的建压时间;(3)提高压射力;(4)采用电磁自动定量给 料装置,防止镁合金在浇注过程中氧化。 用传统压铸方法生产的镁合金压铸件不能进行热处理强化, 也不 能在较高温度下使用。为了消除这种缺陷,提高压铸件的内在质量, 扩大压铸件的应用范围,近 20 年来研究开发了一些新的压铸方法, 其中包括充氧压铸,半固态金属流变(触变)压铸、挤压铸造和真空 压铸等。 充氧压铸又称无气孔压铸(Pore-Free Die Casting Process, 即 P.F 法)。该法在金属液充型前,将氧气或其他 活性气体充入型 腔,置换型腔内的空气,金属液充型时,活性气体与充型金属液反应 生成金属氧化物微粒弥散分布在压铸件内,从而消除压铸件内的气 体,使压铸件可热处理强化。日本轻金属(株)用充氧压铸法生产计算
机的 AZ91 镁合金整体磁头支架,代替原先的多层叠合支架,不但减 轻了支架重量,并且取得了很大的经济效益。该公司还用充氧压铸法 成批生产了 AM60 镁合金汽车轮毂和摩托车轮毂,与铝轮毂相比,重 量减轻 15%。 近年来美国、 日本和英国等国的公司相继成功开发出镁合金半 固态触变射压铸造机。镁合金半固态触变射 压铸造机以一定压力将 半固态镁合金射入压铸型内而使之成形,其工作原理类似于注塑机。 它将预制的非枝晶态镁粒送入螺旋给料机构, 在螺旋给料机构中将镁 粒加热到半固态, 并通过螺旋给料机构另一端的镁合金浆料收集室将 半固态镁合金浆料送入压射室进行射压成形。 真空压铸通过在压铸过程中抽除型腔内的气体而消除或显著减 少压铸件内的气孔和溶解气体,提高压铸件的力学性能和表面质量。 目前已成功地在冷室压铸机上用真空压铸法生产出 AM60B 镁合金汽 车轮毂,在锁型力为 2940kN 的热室压铸机上生产出 AM60B 镁合金汽 车方向盘零件,铸件[5]伸长率由 8%提高至 16%。
镁合金的应用现状:
1、交通运输方面:在这方面的主要应用于汽车行业。汽车用镁合金
[3]
主要是压铸类产品,采用镁压铸件使汽车质量减轻,耗油量减少, 排出废气减少; 且镁合金压铸件具有降噪减振性能和铸造精度高等优 点,综合经济效益好,有利于汽车的轻量化。据文献报道,现在世界 工程构件镁合金需求的 98%来自于压铸行业,而其中的 70%以上又用 于汽车工业, 因此镁合金的压铸工艺性能对其在工业中应用的发展起
着决定性的作用。近年来,人类对汽车提出了进一步减轻重量、降低 燃耗和排放、 提高驾驶安全性和舒适性的要求, 由于镁比钢材轻 75%, 用镁合金压铸件取代钢件可使轿车单重减少 10%, 而车体重量每减少 100kg 则百公里油耗 可减少 0.7,因此汽车用镁合金压铸件产量在 工业发达国家出现了持续快速增长的势头。福特汽车公司的目 标是 力争几年后中型车百公里油耗少到 3 升;目前 AudiA6 轿车的单车 镁合金压铸件总重已达 14.2kg 目前,日本的各家汽车公司都生产和 应用了大量的镁合金壳体类压铸件。 2、电子工业方面:电子工业是当今发展最为迅速的行业,也是新兴 的镁合金应用领域。由于数字化技术的发展,各类数字化电子产品不 断出现,电子器件高度集成化和小型化,电子工业对镁合金的增长需 求缘于镁合金在减轻质量、 高的刚度和良好的薄壁铸造性能等方面的 优点;与此同时,它的导热性好、稳定性高、电阻尼性能好磁屏蔽特 性好和可回收再利用。国内镁阳极的消耗 1985 年为 40 多吨,随着镁 阳极技术的日臻完善,应用领域不断扩大,使用量在不断增长。目前 用作牺牲阳极的镁合金每年有 3~4 万吨。目前,大多数家用热水器 的内胆都采用镁阳极保护。 3、国防军事领域 : 镁合金压铸件可以满足航空航天领域对轻质材料 减震、吸噪、防辐射的要求,可大大改善气体飞行器的飞行动力学性 能和明显减轻结构重量。 “大力神”火箭曾使用了 600kg 的变形镁合 金, “季斯卡维列尔” 卫星中使用了 675kg 的变形镁合金 ; 直径约 1m 的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。我国的歼击机、
轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、 人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件;一个型号的飞机最多选用了 300- 400 项镁合金构件;一个零件的重量最重近 300kg ;一个构件 的最大尺寸达 2m 多 。 4、家电和生活领域:由于镁合金压铸件的高强度和轻质量,使得他 在门窗等生活家居领域的作用越来越大, 逐渐成为了和铝合金同等作 用的用品, 同时压铸镁合金在笔记本电脑外壳等领域的应用也越来越 广泛,正逐步进军家电行业。
对我国发展压铸镁合金的前景展望[6]:
镁主要由含镁矿石提炼。由于我国辽宁省大石桥市一带的菱镁 矿储量占世界储量的 60%以上,矿石品位高达 40%以上。充分利用我 国丰富的镁砂资源进行深度开发,结合我国汽车、计算机、通讯、航 天、电子等新兴产业的发展,促进镁合金压铸件的生产和应用,是摆 在我国铸造工作者面前的一项任务。 应大力开展镁合金充型及凝固过 程的计算机模拟研究,并在此基础上形成专家系统,以指导压铸工艺 的制定、压铸型设计、压铸件质量控制,提高镁合金压铸件的合格率 及压铸型的使用寿命,同时必须加大对当今最新技术的继承和发展, 使得汽车更安全、 更轻便、 更省材和更节能、 环境污染更轻、 更舒适; 使得计算机更高速、智能和微型化;使得通讯业更快捷便利;使得航 天事业更强大,总之,在全国人民的共同努力下一定会使得镁合金压 铸件在促进我国的综合发展方面起到最大的促进作用[7]。 [1] 孙德良. 镁合金压铸[J]. 模具技术, 1994, (02)
[2]汪之清. 国外镁合金压铸技术的发展[J]. 铸造, 1997, (08) . [3]高兰. 汽车用镁合金高压压铸技术及生产新进展[J]. 中国金属 通报, 2006, (25) [4] 王越,张志远,张燕,陈立佳,盛晓方,刘正. 镁合金压铸浇注系统 设计与压铸工艺参数优化[J]. 特种铸造及有色合金, 2006, (06) . [5]王梅,钱宗仁. 镁合金压铸件的设计与制造[J]. 装备制造技术, 2006, (05) . [6]姜银方,徐金成,朱元右,汪建敏. 镁合金压铸技术的几个主要问 题及其应用前景[J]. 中国铸造装备与技术, 2004, (01) . [7]庾莉萍. 我国镁金属产业前景光明[J]. 中国金属通报, 2008, (14)
 
 
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