镁合金成型工艺小结

镁合金成形工艺研究现状

与展望目录引言镁合金传统成形工艺研究现状镁合金新型成形工艺引言

镁是工程应用中最轻的金属结构材料，其密度仅为1.74g/cm3。由于镁合金质量轻、比强度和比刚度高、阻尼减振性好，还具有优良的切削加工性能，在汽车、电子和航空航天工业中的应用日益广泛。镁合金的分类按成形工艺的不同可划分为铸造镁合金与变形镁合金，二者在成分、组织以及性能上都存在着比较大差异。铸造镁合金主要应用于汽车零件、机件壳罩和电气构件等。铸造镁合金主要通过压铸工艺来生产，它的主要工艺特点是生产效率高精度高、铸态组织良好、铸件表面质量高、可生产薄壁及外形复杂的制品等。变形镁合金主要用来生产镁合金板、挤压件、锻件等，主要用于结构件。变形镁合金的力学性能与加工工艺、热处理状态等关系很大的，变形镁合金，一般是通过熔铸以后取得坯料，将坯料通过锻造、轧制、挤压等工艺，进行变形而获得的管材、型材、板材及制品，因而命名为变形镁合金。镁合金传统成形工艺研究现状镁合金的铸造工艺镁合金挤压成形工艺镁合金锻造成形工艺镁合金轧制成形工艺镁合金的冲压成形工艺镁合金的拉拔成形工艺镁合金的铸造工艺

铸造工艺主要有重力铸造、压力铸造、低压铸造、精密铸造、消失模铸造、挤压铸造等。

传统的压铸技术使镁合金液以高速的紊流和弥散状态充填状态充填压铸型腔，使型腔内的气体及由压铸涂料产生的气体无法顺利排出，这些气体在高压下或者溶解在压铸合金内，或者形弥散分布在压铸件内的高压微气孔。在高温下，这些高压下溶解的气体和微气孔析出或膨胀导致铸件变形和表面鼓泡。因此用传统的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。镁合金的挤压成型工艺

镁合金可以在油压机上通过等温挤压和热挤压成棒材、管材，以及具有各种截面形状的结构型材。随着加工方法的进步，挤压态镁合金型材呈现出越来越复杂化、整体化、大型化的发展特点，这也是轨道交通及航空航天业用型材的要求。重庆大学在2013年对镁合金型材的在汽车及轨道交通上的应用做了进一步的深入研究。其设计了一款中空薄壁型材产品，并利用AZ31镁合金进行加工生产，利用有限元仿真模拟方法对挤压成形过程进行模拟，并对成形过程中的应力应变进行分析，以摸索该镁合金型材的成形工艺成形过程中组织变化规律。该课题的对变形镁合金工业化生产推广提供工艺借鉴作用以及理论指导作用。特种型材的横截面图镁合金锻造成形工艺

镁合金的可锻性取决于固相线、变形速率和晶粒度等3个因素。等温锻造是镁合金的主要锻压成形工艺。镁合金导热系数很大，为钢的两倍，锻造温度范围窄，接触模具降温很快，塑性降低，变形抗力增大，充填性能下降，因此适合等温锻造成形。采用等温锻造工艺成功地成形了复杂的镁合金飞机上机匣，是我国目前最大的镁合金模锻件。镁合金轧制成形工艺通过轧制获得变形镁合金板材是变形镁合金材料最重要的生产方式。国内外学者对镁合金的轧制成形工艺已做了较多的深入研究，但仍有一些问题尚未解决：（1）现阶段很多轧制技术尚未在镁合金的实际生产中得到广泛的应用．很多技术还处在实验室阶段．还不是十分成熟。需探究镁合金的塑性变形机理和轧制原理。改善轧制工艺或方式。（2）继续深人研究镁合金板材轧制中晶粒细化机制以及织构控制理论，以提高板材的两次成形性能。（3）推广镁合金板板材大量应用的主要难关是价格太贵，为进一步提高镁合金板材产品的综合市场竞争力，需进一步加强与工业生产相结合的理论研究。镁合金的冲压成形工艺

镁合金薄板冲压成形工艺主要包含拉深、弯曲、翻边、缩口、扩口、胀形以及特种成形等，冲压成形时材料主要是通过伸长和压缩两大类变形性质发生变形的。目前镁合金冲压成形工艺研究主要集中于拉深成形，主要包含等温拉深、差温拉深等。目前，国内外对镁合金冲压成形技术的研究已经取得一定成果，但离工业化规模生产还有很大的距离．研究成果也主要局限于冲压成形工艺方面，对镁合金冲压成形模具及装备方面涉及较少。为了进一步提高镁合金冲压成形性能．扩大镁合金的应用范围。今后可在以下几个方面开展研究工作：（1）必须加强镁及其合金的冲压变形机理研究。建立完备的镁合金冲压成形理论体系。（2）借鉴传统钢铁材料的冲压成形工艺，研究开发新的镁合金冲压成形工艺，并与计算机技术相结合形成数字化、可控化、智能化的镁合金冲压系统，预测镁合金薄板成形能力，优化镁合金冲压工艺与模具结构，降低生产成本，提高生产效率。（3）根据镁合金的性能特点，对冲压成形模具的几何形状进行优化设计，开发镁合金专用成形模具材料，提高其成形能力，制造出结构更复杂、精度更高的镁合金冲压件。（4）研究开发镁合金冲压专用设备。镁合金的拉拔成形工艺

拉拔是坯料在牵引力作用下通过模孔拉出，使之产生塑性变形而得到截面缩小、长度增加的工艺。对镁合金而言，拉拔成形过程中材料处于一向拉应力二向压应力的状态，对其塑性的发挥不利，因此镁合金难以在冷态下进行拉拔成形。但通过升高温度、细化晶粒等技术手段可以改善镁合金的塑性，实现镁合金丝的拉拔成形，因此，镁合金丝的拉拔成形技术的研究逐渐受到关注。

近年来一些科技工作者的研究结果表明，在镁合金拉拔过程中引入电磁场、电脉冲等新的技术手段可以使镁合金坯料的温度快速升高、晶粒细化，从而大幅提高镁合金的塑性，实现镁合金丝的拉拔成形，因此，在外场作用下生产效率极高的拉拔成形新技术不久后有望在镁合金丝的制备过程中得到广泛的研究和应用。镁合金新型成形工艺镁合金的半固态注射成形镁合金的超塑性成形镁合金铸造成形新技术镁合金其他新型成型技术镁合金的半固态注射成形

镁合金的注射成形为“一步法”，是镁合金液态成形中的前沿技术。这种技术成形温度低(比镁合金压铸温度约低100℃)，产品表面质量高，可成形超轻薄件，尺寸精准，重复性好，不需要熔炼炉，而且安全性高，且劳动环境好。镁合金的半固态注射成形分为半固态流变注射成形和半固态触变注射成形。（1）半固态流变注射成型液态金属依靠重力从融化及保温炉中进人搅拌筒体，然后在螺旋的搅拌作用下玲却至半固态，半固态金属液由注射装置完成注射成型(见图a）。图a半固态流变注射示意图半固态流变注射成型的特点：金属以液态供料，原料可以是锭、棒、回炉料等，节省了材料的预处理的成本；液态金属中的气体易析出，从而制件中的空隙率低．致密度高；“一步法”过程简单，易于实现自动化。当前，镁合金流变注射成形的最新成果是双螺旋搅拌式流变注射成形。这种设备可以获得很高的剪切速率，因而初生晶可直接生长为球形。（2）半固态触变注射成形将普通铸造镁或镁合金锭坯切削成轴长为3～6mm的粒状料，加入料斗内，粒料在给料器和螺旋作用下前进．积累在螺旋前端并加热至半固态。最后