鎂合金擠壓鑄造工藝問題及改善措施

白潔1 陳博宇

摘要：擠壓鑄造或液態模鍛是一種生產高致密度、可熱處理強化鑄件的工藝。不斷完善鎂合金的擠壓鑄造技術，能夠有效提升鎂合金鑄件的質量和性能，對促進鎂合金擠壓鑄造行業的發展，具有重要作用。本文在對鎂合金間接擠壓鑄造存在的工藝問題，例如：氣孔、斷裂和冷夾層等產生的原因進行了分析，并提出了相關解決措施，以期為相關人士提供借鑒和參考。

關鍵詞：鎂合金；擠壓鑄造；液態模鍛

前言：隨著社會經濟的不斷發展和社會生產力的進一步提升，鎂合金被廣泛應用到社會生活的各個領域，呈現迅猛的發展勢頭。不算完善鎂合金的擠壓鑄造工藝，能夠有效縮短產品的生產周期，節省人力物力資源。但由于鎂合金的氧化能力強和抗腐蝕性差的特點，使得鎂合金在擠壓鑄造過程中容易產生氣孔等缺陷。因此，優化鎂合金的擠壓鑄造技術，對促進鎂合金擠壓鑄造行業的發展，具有十分重要的現實意義。

一、 鎂合金擠壓鑄造工藝問題分析

（一）在擠壓鑄造過程中出現的氣孔現象

與傳統的鎂合金鑄造方法相比，擠壓鑄造能夠使鎂合金鑄件慢速充型然后再在高壓的作用下結晶，因此擠壓鑄造工藝本身可以降低氣體卷入，但氣孔現象在擠壓鑄造過程中仍會發生。擠壓鑄造模具澆道附近是最容易出現氣孔的地方，氣孔分布較為均勻，呈現軸線性的分布特征，而且氣孔數量隨著距離澆口處距離增大而不斷減少數量，氣孔的大小也會呈現依次遞減的趨勢。分析原因可知，如果擠壓鑄造模具或澆道設計不合理，金屬液對模具型腔直接的沖擊仍然可以卷入氣體。同時，擠壓鑄造模具的溢流、排氣孔的大小和排布不合理，也會降低排氣效果，在鎂合金鑄件表面形成氣孔[1]。

（二） 在擠壓鑄造過程中容易出現冷隔與充型不良現象

受油壓機出缸速度和合模、鎖模等因素的綜合作用，被擠壓鑄造的鎂合金液體只能在壓力較小的情況下對擠壓鑄造模具進行填充鑄型，因而鎂液的凝固只能受瞬時的壓力作用，因此，在擠壓鑄造鎂合金鑄件的過程中，經常出現冷隔的現象。如果擠壓鑄造模具的澆注溫度過低，則會導致鎂液因加壓時間過長而引起的充型不良現象。經過研究發現，鎂液的澆筑溫度應控制在690℃到720℃之間較為合理。鎂液的澆筑溫度過高，容易產生縮孔現象。鎂液的澆筑溫度過高，則會導致鎂液的凝固。

（三） 在擠壓鑄造過程中出現開裂現象

在鎂合金擠壓鑄造過程中，經常出現開裂現象，缺陷位置一般在擠壓鑄造模具型腔底部的過度圓角處。究其原因，有以下兩個方面：首先，在圓角處收縮不均勻，容易產生應力集中，容易導致開裂現象的發生。其次，加壓不足使鎂合金鑄件得不到補縮。最后，鎂合金鑄件的出型時間過早，也導致鑄件與模具型腔之間產生較大的應力，造成鑄件的開裂。

（四） 在擠壓鑄造過程中容易出現冷夾層現象

經過擠壓鑄造的鎂合金鑄件，在實際應用過程中也常常出現強度不足或滲漏現象，其中有一種原因是由于模具內澆道附近形成了破斷的激冷層所致。在鎂合金的充型過程中，壓室中的鎂合金液在室壁上由于激冷作用會而產生凝固層，凝固層的破斷相有可能會被帶入型腔在鑄件凝固后形成冷夾層。由于冷夾層表面的氧化作用，使得冷夾層不能與鎂液進行充分融合，在鎂合金鑄件中間呈現獨立存在的形式，具體表現為在鑄件中產生一條裂縫，嚴重影響了鎂合金鑄件的強度和質量[2]。

二、 鎂合金擠壓鑄造工藝問題解決措施

（一） 提升擠壓鑄造模具的溫度

提升模具溫度有利于適當降低鎂液的填充速度。一般可通過增加內澆道面積、增大溢流排氣通道尺寸的方式降低鎂液填充速度和提升排氣的效率，將鎂液充填速度控制在1.5m/s左右為宜，具體可根據鑄件尺寸和復雜程度決定。其次，要對擠壓鑄造模具結構進行優化，通過擴大過渡圓角的方式，減少鎂合金鑄件的應力。另外，如果擠壓鑄造模具的溫度達不到規定的要求，還會使脫模劑水分殘留較大，難以使鑄件表面光滑，這將對鎂合金鑄件的表面質量產生不良影響。因此，要適當提升擠壓鑄造模具的溫度，并將其控制在合理范圍內，降低脫模劑的水分含量，使其能夠形成光滑的鎂合金鑄件表面，有利于鎂合金鑄件質量的提升。

（二） 合理控制鎂液的澆注溫度

鎂液的澆注溫度過低和過高都會對鎂合金鑄件的成型造成一定影響。為了提升鎂合金產品的質量，不但要選擇合理的模具文圖，還要嚴格控制鎂液的澆注溫度。研究表明，對于一般的鎂鋁系合金，將鎂液的澆注溫度控制在700℃和720℃之間，將模具溫度控制在200℃左右較為合理。

另外，要適當增加充填后的加壓速度。由于充型后的鎂液只能在瞬間有比較理想的壓力傳遞通道，隨著時間延長，先凝固相會阻礙壓力傳遞，會造成遠離澆口的地方的壓力補縮受阻，從而會降低鎂合金鑄件的致密性和性能，因此，加壓的速度越快越好。

為了消除擠壓鑄造過程中出現縮孔，應根據實際條件，合理控制澆注溫度。例如，當澆注溫度過高時，容易產生收縮缺陷，例如縮松和縮孔。因此，應及時采取措施，通過降低澆注溫度的方式，降低縮松和縮孔現象的發生，從而確保鎂合金鑄件的質量。

（三） 采用機械方法消除冷夾層

受壓室溫度和澆注溫度綜合作用的影響，鎂合金擠壓鑄件的內部容易出現冷夾層。因此，應依據冷夾層產生的原因，采取科學合理的處理措施，降低冷夾層產生的概率。例如，在實際的擠壓鑄造過程中，將壓室溫度控制在合理的范圍，能夠顯著降低冷夾層的厚度，為冷夾層的重熔奠定良好基礎。如果因澆注溫度過低產生冷夾層，則應適當調高澆注的溫度，以防止冷夾層產生。同時，可以采用機械方法消除冷夾層。例如，可以在壓室的壓套上設置擋圈，擋環的直徑應小于壓室的直徑，并通過在擋環兩頭增加壓頭的方式，確保冷夾層能在壓力的作用下粉碎，防止其進入型腔，為冷夾層的重熔奠定了良好基礎。

（四） 選擇質地優良的鎂合金擠壓鑄造材料

在擠壓鑄造作用下，鎂合金材料的內部會發生物理變化，材料會發生彈性形變，隨著應力的不斷增大，鎂合金的材料會發生塑性形變，最終會因材料達到應力的承受極限而發生斷裂。鎂合金在常溫條件下的塑性較差，因此，要合理進行鎂合金材料的選擇，尤其要注意選擇純度較高的鎂合金材料。另外，要定期進行除渣工作，以防止二次夾雜物進入到鑄件中。

三、結論

通過以上分析可知，在改善鎂合金擠壓鑄造工藝的過程中，適當提升擠壓鑄造模具溫度，選擇質地優良的鎂合金擠壓鑄造材料，合理設計澆注系統是獲得優質鎂合金擠壓鑄件的前提。在此基礎上，合理控制鎂液的澆注溫度，采用機械方法消除冷夾層，有利于消除鎂合金擠壓鑄造件的內部和外部缺陷，進而提升鎂合金產品的質量。

參考文獻：

[1]陸國楨，王強，張治民，袁國.鎂合金擠壓鑄造成形技術的研究進展[J].熱加工工藝，2012，4115：86-89+94.（2012-08-13）[2017-08-11].

[2]劉瑩，王炳德，王忠堂.擠壓鑄造變形對鎂合金組織與力學性能的影響[J].材料熱處理學報，2011，3205：51-54.[2017-08-11].

課題項目：“天津市鎂合金型材擠壓成型技術企業重點實驗室”籌備組資助項目

作者簡介：：白潔（1984.06--）；性別：女，籍貫：甘肅省秦安縣，學歷：本科，畢業于河北大學；研究方向：項目管理、供應鏈管理；

第二作者 姓名：陳博宇（1986.03--）；性別：男，籍貫：天津市河北區，學歷：本科，畢業于中國國際經濟學院；研究方向：運營管理；