鎂合金新材料加工工藝研究

蘇大鵬

摘 要：鎂是常見金屬中最輕的一種金屬，是地殼中含量豐富的元素之一，約占地殼組成的1/4。以鎂為代表的輕金屬材料被作為重要的工業(yè)材料在國防及國民經(jīng)濟各領域有著極為廣泛的應用，是全球消費量僅次于鋼鐵的金屬材料。

關鍵詞：鎂合金；加工；技術

中圖分類號：TG292 文獻標識碼：A

一、鎂合金新材料特點

（一）鎂合金是最輕的結構材料之一

鎂合金有著其它金屬不可比擬的優(yōu)越性。鎂及鎂合金的特殊性能，重量輕、產(chǎn)品集成化高，其導熱性能和強度尤為突出，在同樣的強度零部件的情況下，鎂合金的零部件能做得比塑料的而且輕等使其在移動通信、手提計算機等的殼體結構件上以及在汽車、電子、電器等領域都具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。鎂合金相對比強度最高。鎂合金沖擊韌性好、抗彎強度大、機械性能的各向異性不明顯、塑性好、容易變形加工、容易焊接成形、比熱容量大、導熱性低。事實上，輕量化的好處，并不僅僅是提升馬力重量比這個與加速能力息息相關的參數(shù)，更對汽車的操控大有影響。實踐證明，鎂合金是實現(xiàn)汽車輕量化不僅是節(jié)油節(jié)能、提高效率、降低污染的有效途徑，也對提高汽車安全性能、加強環(huán)境保護等有著重要的意義。

（二）鎂是工程應用中最輕的金屬結構材料

鎂合金是活潑金屬，所以制造設備和環(huán)境有更高的要求，導致制造成本高漲，所以鎂合金的價格也會高于鋁合金。同等體積的條件下鎂合金比鋁合金質量輕，這是鎂合金的優(yōu)勢。其密度僅為1.8克/厘米 3，是鋼的1/4，鋁的2/3。在汽車結構材料應用中，有時比鋁和塑料更有應用價值。鎂合金板材及板坯具有密度小、比強度高、電磁屏蔽性好、易于加工、減震性能好的優(yōu)點。鎂合金具有較高的抗振能力和吸熱性能，因而是制造飛機輪轂的理想材料。鎂合金AZ31B在汽油、煤油和潤滑油中很穩(wěn)定，適于制造發(fā)動機齒輪機匣、油泵和油管。還具有良好的電磁屏蔽特性和阻尼減震能力、成 形性能優(yōu)良及回用處理方便等一系列性能，符合對材料的輕量化和綠色化的要求。另外，鎂合金在電子工業(yè)中具有十分廣闊的應用前景。鎂合金將能夠滿足汽車非結構件和結構件的性能和使用要求，具有耐高溫、抗蠕變和抗腐蝕性能。

（三）鎂合金相對比強度最高

隨著能源、資源問題的日漸突出，以鎂、鈦金屬及其合金為代表的輕合金材料應用越來越廣泛，鎂合金的強度高、機械性能好.是實用金屬中的最輕的金屬，高強度、高剛性。另外，還具有良好的吸震性及耐沖擊性。鎂合金產(chǎn)品吸震性及耐沖擊性強，對外界的碰撞具有很好的防震作用，因而就能對內(nèi)部機體有很好的保護作用。具有吸聲性能，廣播室和現(xiàn)代大建筑物目前多采用鎂合金做室內(nèi)天花板。鋁在碰擊情況下不產(chǎn)生火花，可應用于防止火花產(chǎn)生的場合。鎂合金具有良好的散熱性。鎂合金的熱傳導性與熱擴散性都比較好，而鋁合金熱傳快但擴散慢，它不能有效及時地把熱散掉。“十二五”期間，新型輕合金材料主要以大規(guī)格、輕質、高強、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞為發(fā)展方向，大力發(fā)展高性能鎂合金是必然趨勢。

二、鎂合金新材料加工工藝分析

（一）強烈塑性變形技術

鎂合金在塑性變形時由于強烈的變形織構存在，變形后容易產(chǎn)生各向異性，影響進一步的加工。通過工藝控制與優(yōu)化，調(diào)控材料的織構類型和數(shù)量，是提高或改善鎂合金加工性能的重要途徑，所以成為材料科學工作者不斷探索與研究的領域之一。強烈塑性變形技術是制備超細晶金屬材料的有效方法。一系列通過強烈塑性變形來制備超細晶材料的工藝技術被提出，包括等通道角擠壓、累積軋合法、高壓扭轉法、震波沖擊法、反復折皺-壓直法、扭轉擠壓法、大擠壓比擠壓法、多向鍛造法等等。由于鎂合金是六方結構，塑性變形能力較差，傳統(tǒng)的單一的塑性變形方法難以進一步提高其力學性能。針對這一難點，采用大塑性變形技術，發(fā)揮其強烈的晶粒細化效果，可以直接將材料的內(nèi)部組織細化到亞微米乃至納米級。大塑性變形技術包括等通道轉角擠壓、累積疊軋等。采用大塑性變形制備的 Mg-Y-Zn 合金在 250℃時獲得抗拉強度為400 MPa，屈服強度為340 MPa，伸長率達20% 的綜合力學性能。

（二）鑄造技術

一般來講，鎂合金鍛件的性能歲碧昂型程度的增大而提高；而隨著變形溫度的升高，其力學性能逐漸降低。近年來變形鎂合金得到了廣泛的研究和應用，連續(xù)鑄造技術為新型變形鎂合金提供合格的鑄坯。壓鑄是鎂合金最主要、應用最廣泛的成形工藝。因鎂合金熱流動性好，很適合于薄壁件的壓鑄生產(chǎn)。 鎂合金鍛件替代鋁合金作為汽車輪轂是鎂合金的另一重要應用，但這對其安全性及性能提出了很高的要求。從鎂合金的性能上來看，完全可以滿足方向盤的性能要求，而且采用一片式的壓鑄成型 工藝，為安全氣囊，多功能開關在方向盤上實現(xiàn)提供了可靠保證。

（三）鍛造技術

鍛造技術是汽車工業(yè)的重要支撐工業(yè)之一，一直以來與汽車業(yè)的發(fā)展密切相關。近年來汽車業(yè)的迅猛發(fā)展帶動了鍛造市場的擴大。鍛造工藝按方式可分為自由鍛造和模鍛，按鍛造溫度可分為熱鍛，溫鍛和冷鍛，由于鎂合金冷加工性能差，所以一般采用熱鍛。由此可見，鍛造是高性能鎂合金產(chǎn)品成形的有效方法之一。采用鑄造技術生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質量比其他鎂合金鑄造方法要高，復雜、耐高溫、不易加工的鑄件均可用熔模精密鑄造。

結語

我國鎂的蘊藏也十分豐富，菱鎂礦資源占全球總量的22.15%，原鎂產(chǎn)量已占全球產(chǎn)量的64%，是名副其實的鎂金屬生產(chǎn)大國。隨著對鎂合金需求的不斷增加，市場認可度逐漸增強。因此，鎂合金材料加工需從技術、人員、管理等方面進行全面的整合，才能不斷擴大鎂合金市場規(guī)模，實現(xiàn)鎂合金加工工藝技術的不斷提高。

參考文獻

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