鎂合金半固態(tài)成型技術
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譽格壓鑄
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發(fā)布時間： 2023-08-25
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1、鎂合金簡介
鎂是一種銀白色輕金屬，密度僅為1.74g/cm3
，小于鋁的2/3，并且強度很高
。早在二戰(zhàn)之前
，它就成為最輕的高質(zhì)量金屬結構材料，因為它適用于各種結構
，如飛機結構
。鎂在自然界中含量豐富，僅次于地殼中的鋁和鐵
，是第三豐富的結構金屬
。目前，世界范圍內(nèi)鎂主要從菱鎂礦
、白云石
、鹽湖鹵水和海水中提取。我國菱鎂礦資源總量53億噸
，白云石探明儲量40億噸以上
。青海鹽湖有67.3億M3晶間鹵水，是我國重要的鎂冶煉資源
。中國鎂資源蘊藏量居世界首位
。鎂合金主要用作合金添加劑，其次是鑄造和變形鎂合金
，適用于結構件
，最后用于鋼鐵的脫硫。現(xiàn)在
，世界上幾乎一半的鎂消耗是通過熔煉鋁合金消耗的
。鎂合金由于成本原因，除了在航空航天領域外
，一直沒有得到廣泛的應用
。近年來
，為了降低能耗，保護環(huán)境
，汽車工業(yè)一直關注輕質(zhì)鎂合金
。鎂合金具有與鋁合金和鋼相近的高比強度和剛度，可降低車輛重量和燃料消耗
。鎂合金具有良好的鑄造性能和尺寸穩(wěn)定性
，加工容易，廢品率低
，抗沖擊性能和阻尼性能好
，在降噪、減振
、安全和舒適性方面優(yōu)于鋁和鑄鐵
。在汽車工業(yè)的帶動下，壓鑄鎂合金市場在過去十年中以15%的平均年增長率不斷擴大
。此外
，鎂合金零件已廣泛應用于手機外殼、筆記本電腦
、先進的視聽設備和數(shù)碼相機外殼中
，充分發(fā)揮了鎂合金的輕量化、耐久性
、減振
、屏蔽、無磁等功能
。目前
，鎂合金生產(chǎn)和應用的領域和應用在不斷擴大，方興未艾
。
2
、鎂合金流變成形技術
流變成形技術始于20世紀70年代，最初是由美國麻省理工學院的弗萊明斯教授領導的一個研究小組提出的
。流變成形的基本原理是在凝固過程中攪拌熔體
，從而改變凝固過程中的形核和生長規(guī)律。將攪拌熔體引入到成形設備中
，得到的鑄件組織為細小均勻的等軸晶
，而不是常規(guī)鑄造中的粗大枝晶。適用于流變成形的成形方法多種多樣
，如連鑄
、壓鑄、擠壓
、鍛造
、軋制等。隨著鎂合金壓鑄工業(yè)的快速發(fā)展
，流變壓鑄技術顯示出良好的應用前景
。傳統(tǒng)的液態(tài)壓鑄件經(jīng)常存在氣孔，導致生產(chǎn)率低
，零件不能通過熱處理提高其性能
。流變壓鑄可以避免鑄件氣孔的形成，改善鑄件的性能
，顯著提高生產(chǎn)效率
。
3、雙螺旋流變成形技術
雙螺旋流制漿技術由布魯內(nèi)爾大學的Z.Fan發(fā)明
，并申請多項國際專利
。北京有色金屬研究總院與發(fā)明家合作，二次開發(fā)和應用該技術
。雙螺旋流制漿設備通過一對高速旋轉(zhuǎn)螺桿將高剪切速率的熔體混合
。熔體經(jīng)攪拌處理后，通過壓鑄
、擠壓和軋制直接加工
。雙螺旋攪拌技術適用于多種鎂、鋁合金
。具有連續(xù)熔融處理的能力
。是目前流變成形中最成功的熔體處理技術。
4
、半固態(tài)觸變成型鎂合金組織性能分析
分析了半固態(tài)觸變注射成形鎂合金AZ91D的組織與性能
。結果表明，用該方法生產(chǎn)的鎂合金制品的顯微組織和力學性能優(yōu)于壓鑄產(chǎn)品
，從而為半固態(tài)觸變成形法生產(chǎn)鎂合金汽車零部件奠定了基礎
。
5、觸變注射成型鎂合金組織力學性能
隨著人們對綠色環(huán)保要求的提高
，鎂合金以其重量輕
、比強度高、比剛度高
、減震性能好
、抗電磁屏蔽、易回收等優(yōu)點在眾多金屬材料中脫穎而出
。廣泛應用于航空
、航天、電子
、汽車等行業(yè)
。目前
，鎂合金應用的兩個熱點產(chǎn)業(yè)是電子工業(yè)和汽車工業(yè)。一方面
，用于“3C”（計算機
、通信、消費電子產(chǎn)品）產(chǎn)品的外殼趨向于逐漸取代可回收性差的塑料外殼
；另一方面
，鎂合金作為實際應用中最輕的結構金屬，能夠滿足日益增長的需求
。交通行業(yè)的節(jié)能減排要求
，從而生產(chǎn)出重量輕、燃料消耗少
、環(huán)保的新一代汽車
。
壓鑄在國內(nèi)外鎂合金成形中有著廣泛的應用。壓鑄鎂合金制品具有尺寸穩(wěn)定性好
、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點
，但也存在夾雜物多、孔隙多
、成形后熱處理困難
、近凈形差等缺點。難以滿足“3C”產(chǎn)品中廣泛使用的薄壁殼體零件和汽車工業(yè)用高性能鎂合金零件的要求
。
與壓鑄法相比
，半固態(tài)法具有鑄造缺陷少、力學性能高
、尺寸精度高
、表面和內(nèi)在質(zhì)量好等優(yōu)點。此外
，它具有節(jié)能
、安全性好、近凈成形性好等優(yōu)點
。目前
，鎂合金的半固態(tài)成形技術是觸變注射成形技術，已在世界范圍內(nèi)成功工業(yè)化
。
6
、半固態(tài)觸變注射成型技術的原理及工藝過程。
6.1：半固態(tài)觸變注射成型技術的原理
在普通鑄造過程中
，初生晶體由枝晶生長
。當固相比達到0.2左右時，枝晶形成連續(xù)的網(wǎng)絡骨架，失去宏觀流動性
。半固態(tài)成形是液態(tài)金屬從液相到固相的強烈攪拌冷卻過程
，它打破了在普通鑄件中容易形成的枝晶網(wǎng)絡骨架，并保持了分散的顆粒形態(tài)
，懸浮在剩余的液相中
。當固相含量達到0.5-0.6時，這種顆粒狀非枝晶微結構仍具有一定的流變性能
，因此可以通過壓鑄、擠壓
、模鍛等常規(guī)成形工藝實現(xiàn)金屬成形[2-4]
。半固態(tài)觸變注射成型是近年來發(fā)展起來的一種新工藝。它起源于美國DOW化學公司
，由美國THIXOMAT公司商業(yè)化
。該工藝將塑料注射成形原理與半固態(tài)金屬成形工藝相結合，將半固態(tài)金屬漿料的制備
、運輸和成形一體化
。該方法解決了半固態(tài)金屬漿料的保存、運輸和成形控制問題
。
6.2：半固態(tài)觸變注射成型技術的工藝過程
注塑成型的主要工藝是：從料斗中加入鎂合金原料（由枝晶鎂合金錠制成
，其結構仍為枝晶），通過電加熱使套筒中的鎂合金原料轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)
；套管中的半固態(tài)金屬漿料用螺釘剪切
。在注射缸的作用下，以注塑機速度的10倍將近球形的固體顆粒注射到模具中
。
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