五、镁合金制件的成型方法。 镁合金制件的成型方法分为铸造和变形两类。
1．镁合金制件的铸造成形
镁合金制件铸造成形可采用重力浇注、低压铸造和压铸。近年来又出现触变注射成型新技术。其中以压铸的工艺及设备最为成熟，目前国内外的镁合金制件绝大多数用压铸法生产。
1) 镁合金制件的压铸成型：
由于镁合金溶液易氧化以致燃烧，铸造时热裂倾向比铝合金大，因此镁合金在熔化、浇注及压铸液的温度控制等方面都比铝合金压铸要复杂。压铸机分热 室压铸机与冷室压铸机，热室压铸机的生产效率高，约为同容量冷室压铸机的2倍，但其锁型力一般在7840kn以下，通常用于质量不大(一般在2kg以下) 的薄壁铸件，例如美国White Metal Casting公司生产的外形尺寸为61 0x61 0nm的镁合金计算机外壳，英国 Kirt Precision公司生产的2.5kg重的自行车架都是用热室压铸机生产的。
冷室压铸机应用更广，美国Prince公司于1 990年生产出一台锁型力达13.72MN的世界最先进的大型镁合金冷室压铸机，该件集熔化、 压铸于一体，并采用了取件机器人。冷室压铸机适于生产壁厚较厚质量较重的制件，例如奥迪汽车公司的尺寸为1440x3.5mm，重量为4.2kg的汽车仪 表板，是在装有自动浇铸机构，锁型力为24.50MN的冷室压铸机上生产的。美国通用汽车公司的尺寸为1470x300x2mm的直角承梁，重1.8Kg 用M60B镁合金在锁型力为21.56MN的冷室压铸机上压铸而成。此外，如汽车座椅、框架、汽车轮毂等产品均是用冷室压铸机生产的。据报道，在1992 年，美、日用于生产镁合金铸件的冷、热室压铸机就超过了160台。我国台湾省近年来镁合金压铸事业发展也很快，到2001年厂商数已有40余家，拥有冷、 热室压铸机超过220台，年产8600吨镁合金制品。据报道，目前我国大陆的镁合金压铸件生产企业只有8家，在建的8家[7]，远远落后于国内、外的发展 需求。
2) 镁合金压铸技术的发展趋势
镁合金压铸与其它金属的压铸一样，在压铸过程中镁合金液以高速的紊流成弥 散状态充填压铸型腔，使腔内气体无法排除，形成高压微孔或溶在合金内。 这些气孔在高温下会折出或膨胀导致铸件变形或者面鼓包。因此用传统的压铸方法生产的镁合金压铸件与其它合金压铸件一样，不能进行热处理强化，也不能在较高 的温度下使用。为了消除此缺陷，提高压铸件的质量，扩大压铸件技术的使用范围，近年来研究开发了一些新的压铸技术，如真空压铸，半固态触变压铸技术等。
真空压铸是在压铸过程中抽出型腔内的气体，以减少或消除在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。真空压铸镁合金件的最小 壁厚为1．5-2．0mm，真空度小于或等于80kPa，冲头速度最大达10m／s，铸件强度可提高10％以上，韧性提高20-50％，目前已成功地用真 空压铸法生产出镁合金汽车轮毂和方向盘等一批主要汽车零件。
半固态触变压铸技术
(Thixomolding)： 触变注射成型的工艺过程接近于注塑成型，其装备原理如图1所示。首先将镁合金锭加工切制成细颗粒状，将此镁合金 颗粒装入料斗中，强制输送到粒筒中，粒筒中旋转的螺杆驱使镁合金颗粒向模具方向运动，当其到达粒筒的加热部位时，合金颗粒呈部分熔融状态，在螺旋体的剪切 作用下，具有枝晶组织的合金料形成了具有触变结构的半固态合金，当其累积到一定体积时，被高速(5.5m／s)注射到抽成真空的预热型腔中成形。半固态合 金在外力作用下可以象热塑性塑料一样流动成形，但触变注射成形的温度，压力以及螺杆旋转速度远远高于注塑设备的。成形的加热系统采用了电阻和感应加热的复 合工艺，将合金加热至582±2℃，固相体积分数达60％，同时通入氩气进行保护。
与传统的压铸相比，触变注射成形无需液态金属熔融和浇注等过程，生产过程较为清洁，安全和节能。没有熔液产生，单位成形件的原材料消耗大为减 少，无爆炸危险，无需SF6气体保护，消除SF6对臭氧层的破坏，成形过程中卷入的气体大幅度减少，零件孔隙度小于0.069％，因此成形件可以热处理， 成形件致密度高，机械性能好，耐蚀能力强。与传统压铸相比，工作温度约降低100℃，有利于提高压铸模寿命，并使其生产过程具有良好的一致性，减少了镁铸 件在型内的收缩率，减少了铸件的脱型阻力，提高了铸件的尺寸精度，零件表面质量好，可铸造壁厚达0.7-0.8mm的轻薄件。目前已用此法生产出汽车的传 动器壳体、盖、点火器壳体等，所用的镁合金是AZ91D。高度自动化的镁合金半固态射铸成形机及其生产线在工业发达国家发展很快，我国台湾省的镁合金压铸 业也在开始大量使用半固态射铸成形机，仅华孚公司一家在2002年就计划采购5-8台全新的半固态射铸机，今后它将成为生产镁合金铸件的主流。
2．镁合金件变形成型：
目前压铸镁合金产品用量大于变形产品，但经过锻造、挤压或轧制等工艺生产出的变形镁合金产品具有更高的强度，更好的延展性，具有铸造镁合金产品 无法取代的优良性能，国际镁协会(IMA)在他制定的开发与应用镁合金三个阶段中，长期的目标就是要开发变形镁合金，其新合金、新工艺。
镁合金可以用轧制、挤压、冲压、热锻及超塑性成形等方式进行加工。
1)轧制：
镁合金在室温下塑性很低，轧制加工比较困难，因此最好用热轧与温轧。适于轧制的镁合金牌号有Mg-Mn系的MBl，MB8，Mg-A1-Zn系 的AZ31B和Mg-Li系LAl41，可以生产厚板，中板和薄板。镁合金薄板用于制造汽车车体组件之外板(如车门，罩盖，护板，顶板等)，可大大减轻重 量。但目前镁合
金板材在耐腐蚀性能方面尚存在一些问题，还有待开发研究，这方面的工作是很有意义的。
2)挤压：
目前，镁合金管、棒、带、型材主要采用挤压方法加工成型，因为挤压工业最适用于低塑性材料的成形加工。大部分变形镁合金如AZ31B， ZM21,ZK60A,HK31等均可用挤压法生产。挤压法生产的零件，其力学性能较压铸法生产的要高很多，而且表面光洁，无需再经打磨，可用于汽车承载 件如坐架、底盘框、轮毂和汽车窗框等。制做薄壁镁合金管件，由于其截面面积可以缩小，因此可显著减重。
3)冲压：
镁合金在常温下不宜冲压，一般；中压温度都必须在150℃以上，在175℃时，镁合金板杯形件拉伸时的拉伸比可达2.0，在225℃时可达 3.0，超过了铝合金和低碳钢的的常温拉伸成形极限(它们分别为2.6和2.2)。德国大众汽车公司开发出镁合金汽车覆盖件的热冲压成形技术，加工出汽车 的门板。
4)等温锻造：
镁合金在常温下容易脆裂，锻造温度须在200℃以上至400℃之间。但镁合金在高温下， 尤其在超过400℃时产生腐蚀氧化以及晶粒粗大，锻造温 度范围较窄。而镁合金导热系数较大(～80w／m.c)几乎为钢的2倍，接触模具后降温很快，塑性降低，变形抗力增加，充填性能下降，因此镁合金锻造
较难，而适合于采用等温锻造。我国已用等温锻造工艺成功的成形了复杂的镁合金飞机上机匣。
5)超塑成形：
镁合金塑性较低，用常规变形方法加工较难，近年来美、日等国科学家对镁合金的超塑成形技术进行了研究。研究表明，很多变形镁合金在一定的条件下具有超塑性，可以一次成形复杂的零件。表1O为AZ31，AZ612、与ZK60在适宜的条件下呈现的超塑性能
AZ31，AZ61与ZK60在适宜的条件下呈现的超塑性能表10
| 合金牌号 | 产品状态 | 变形温度T(°K) | 应变速度(S-1) | 最大延伸率δ(％) | 流变应力Б(mPa) |
| AZ31 | 挤压棒材D25 | 723 | 1x10-5 | 596 | 2.10 |
| AZ31 | 轧制板材t1.5 | 648 | 6x10-5 | 200 | 15.50 |
| AZ61 | 轧制板材t0.6 | 723 | 1x10-5 | 401 | 1.18 |
| AZ61 | 挤压板材t2 | 648 | 3x10-5 | 461 | 3.50 |
| ZK60 | 挤压棒材D31 | 648 | 1x10-3 | 658 | 4.2 |
由上表数据可见，不论板材和棒材，其最大延伸率均可达200％以上，而变形抗力却非常之低，这就为成形加工提供了极 为有利的条件，可以用很小的力量，一次成形复杂的零件。但有两点要注意：(1)材料的晶粒度要小于10μ，这就要求对材料进行一定变形量的预加工，如挤 压、轧制等以破碎其原始晶粒度。(2)应变速率均较低，尤其是AZ系合金AZ31，AZ61等应变速率更低，这对大批量生产是很不利的。近年来很多科学家 致力于高应变速率超塑合金的研究，取得了进展。
陈拂曦等人对变形合金MB26进行了研究，MB26是由 MBl5(相当于ZK60A)加入稀土元素钇形成的。其特点 是强度高，耐热性强、耐腐蚀性好，研究结果发现，MB26在250-480℃温度范围内，应变速率为1.67 x 1O-3一4.1 x 10-2S-1 时有超塑性，在350-450℃温度范围内有良好的超塑性，最大延伸率大于520％，在400℃，应变速率为1.17 x 10-2S-1，最大延伸率达 1450％，而流变应力仅为8.7mPa，应变速率敏感性指数m=0.6，其应变速率比ZK60A还要高10倍，最大延伸大了一倍多。
镁合金的超塑成形是一个很有前途的成形方法，既简化了成型工艺，又能生产出力学性能好、尺寸精度高、表面光洁的产品，这对汽车工业是尤其合适的成形方法。
镁合金在工业上的研究开发和应用，可以说是方兴未艾。它既体现出众多优越性符合现代技术发展的要求，也提出了一系列需要进一步研究解决的问题，以不断扩大它的应用范围，前途无量，工作很多。(完)作者：高仑
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