一、镁合金新材料特点
(一)镁合金是最轻的结构材料之一
镁合金有着其它金属不可比拟的优越性。镁及镁合金的特殊性能，重量轻、产品集成化高，其导热性能和强度尤为突出，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的而且轻等使其在移动通信、手提计算机等的壳体结构件上以及在汽车、电子、电器等领域都具有重要的应用价值和广阔的应用前景。镁合金相对比强度最高。镁合金冲击韧性好、抗弯强度大、机械性能的各向异性不明显、塑性好、容易变形加工、容易焊接成形、比热容量大、导热性低。事实上，轻量化的好处，并不仅仅是提升马力重量比这个与加速能力息息相关的参数，更对汽车的操控大有影响。实践证明，镁合金是实现汽车轻量化不仅是节油节能、提高效率、降低污染的有效途径，也对提高汽车安全性能、加强环境保护等有着重要的意义。
(二)镁是工程应用中最轻的金属结构材料
镁合金是活泼金属，所以制造设备和环境有更高的要求，导致制造成本高涨，所以镁合金的价格也会高于铝合金。同等体积的条件下镁合金比铝合金质量轻，这是镁合金的优势。其密度仅为克/厘米 3，是钢的1/4，铝的2/3。在汽车结构材料应用中，有时比铝和塑料更有应用价值。镁合金板材及板坯具有密度小、比强度高、电磁屏蔽性好、易于加工、减震性能好的优点。镁合金具有较高的抗振能力和吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金AZ31B在汽油、煤油和润滑油中很稳定，适于制造发动机齿轮机匣、油泵和油管。还具有良好的电磁屏蔽特性和阻尼减震能力、成 形性能优良及回用处理方便等一系列性能，符合对材料的轻量化和绿色化的要求。另外，镁合金在电子工业中具有十分广阔的应用前景。镁合金将能够满足汽车非结构件和结构件的性能和使用要求，具有耐高温、抗蠕变和抗腐蚀性能。
(三)镁合金相对比强度最高
随着能源、资源问题的日渐突出，以镁、钛金属及其合金为代表的轻合金材料应用越来越广泛，镁合金的强度高、机械性能好.是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。另外，还具有良好的吸震性及耐冲击性。镁合金产品吸震性及耐冲击性强，对外界的碰撞具有很好的防震作用，因而就能对内部机体有很好的保护作用。具有吸声性能，广播室和现代大建筑物目前多采用镁合金做室内天花板。铝在碰击情况下不产生火花，可应用于防止火花产生的场合。镁合金具有良好的散热性。镁合金的热传导性与热扩散性都比较好，而铝合金热传快但扩散慢，它不能有效及时地把热散掉。“十二五”期间，新型轻合金材料主要以大规格、轻质、高强、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳为发展方向，大力发展高性能镁合金是必然趋势。
二、镁合金新材料加工工艺分析
(一)强烈塑性变形技术
镁合金在塑性变形时由于强烈的变形织构存在，变形后容易产生各向异性，影响进一步的加工。通过工艺控制与优化，调控材料的织构类型和数量，是提高或改善镁合金加工性能的重要途径，所以成为材料科学工作者不断探索与研究的领域之一。强烈塑性变形技术是制备超细晶金属材料的有效方法。一系列通过强烈塑性变形来制备超细晶材料的工艺技术被提出，包括等通道角挤压、累积轧合法、高压扭转法、震波冲击法、反复折皱-压直法、扭转挤压法、大挤压比挤压法、多向锻造法等等。由于镁合金是六方结构，塑性变形能力较差，传统的单一的塑性变形方法难以进一步提高其力学性能。针对这一难点，采用大塑性变形技术，发挥其强烈的晶粒细化效果，可以直接将材料的内部组织细化到亚微米乃至纳米级。大塑性变形技术包括等通道转角挤压、累积叠轧等。采用大塑性变形制备的 Mg-Y-Zn 合金在 250℃时获得抗拉强度为400 MPa，屈服强度为340 MPa，伸长率达20% 的综合力学性能。
(二)铸造技术
一般来讲，镁合金锻件的性能岁碧昂型程度的增大而提高;而随着变形温度的升高，其力学性能逐渐降低。近年来变形镁合金得到了广泛的研究和应用，连续铸造技术为新型变形镁合金提供合格的铸坯。压铸是镁合金最主要、应用最广泛的成形工艺。因镁合金热流动性好，很适合于薄壁件的压铸生产。 镁合金锻件替代铝合金作为汽车轮毂是镁合金的另一重要应用，但这对其安全性及性能提出了很高的要求。从镁合金的性能上来看，完全可以满足方向盘的性能要求，而且采用一片式的压铸成型 工艺，为安全气囊，多功能开关在方向盘上实现提供了可靠保证。
(三)锻造技术
锻造技术是汽车工业的重要支撑工业之一，一直以来与汽车业的发展密切相关。近年来汽车业的迅猛发展带动了锻造市场的扩大。锻造工艺按方式可分为自由锻造和模锻，按锻造温度可分为热锻，温锻和冷锻，由于镁合金冷加工性能差，所以一般采用热锻。由此可见，锻造是高性能镁合金产品成形的有效方法之一。采用铸造技术生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其他镁合金铸造方法要高，复杂、耐高温、不易加工的铸件均可用熔模精密铸造。
结语
我国镁的蕴藏也十分丰富，菱镁矿资源占全球总量的，原镁产量已占全球产量的64%，是名副其实的镁金属生产大国。随着对镁合金需求的不断增加，市场认可度逐渐增强。因此，镁合金材料加工需从技术、人员、管理等方面进行全面的整合，才能不断扩大镁合金市场规模，实现镁合金加工工艺技术的不断提高。
镁合金成形技术研究进展熊守美1 , 苏仕方2(11 清华 - 东洋镁铝合金成形技术研究开发中心 , 清华大学机械工程系 100084 ; 21 中国机械工程学会铸造分会 ,辽宁沈阳 110022)摘要: 镁合金材料及其成形技术的研究和开发对于扩大镁合金在我国的应用具有十分重要的意义。根据第四届中国国际压铸会议论文资料, 综述了国内外镁合金材料及其成形技术的的国内外发展趋势, 包括材料、成形技术及数值模拟等, 展望了镁合金的开发与应用前景。关键词: 镁合金; 材料; 成形技术; 数值模拟中图分类号: TG24912 ; TG14612 2 文献标识码: A 文章编号: 100124977 (2005) 0120020204+Research Progress on Processing Technologyof Magnesium AlloysXIONG Shou2Mei1 , SU Shi2Fang2(11Tsinghua2TOYO R &D Center of Magnesium and Aluminum Alloys Processing Technology , Departmentof Mechanical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China ; 21Foundry Institution of ChineseMechanical Engineering Society , Shenyang 110022 , Liaoning , China)Abstract : Research and development of magnesium alloys and their processing technology are of greatimportance in promoting domestic applications of magnesium alloys in China. Based on the conferencepapers of the 4th China International Die casting Congress & Exhibition , this paper reviewed the trend ofresearch and development of magnesium alloys and their processing technology at home and abroad , in2cluding materials development , processing technology , and numerical simulation technology , etc. At thesame time , the prospect for magnesium applications was also : magnesium alloy ; materials ; processing technology ; numerical simulation镁合金正被广泛用于汽车、航空、电子以及消费原因 , 使它难以作为关键零部件 (如发动机零件) 材品工业中的各种结构件。尽管这些应用的增长主要受料在汽车等工业中得到更广泛的应用。同时镁合金密重量减轻的驱动 , 但是 , 镁合金的其它优点也起着重排六方的晶体结构决定了其塑性变形能力较差 , 如何要的作用。其一 , 是它们对压铸工艺的独特适应性 ,解决这一问题是镁合金应用的关键之一。针对上述问可以高速生产近终形零件; 其二 , 优良的模具寿命所题 , 研究人员取得了以下进展。节约的生产成本 , 可以弥补其原材料价格比铝合金稍111 压铸镁合金材料开发贵的不足 , 增强与压铸铝合金的竞争力; 此外 , 极好针对商用压铸镁合金抗高温蠕变性能较差的现状 , 以的可加工性能和减振性能也是镁合金具有的重要性AZ 91 合金为基准合金 , 一汽铸造研究所的研究人能。中国现在是世界上最大的镁生产及出口国 , 但镁员〔1〕进行了抗高温蠕变压铸镁合金的开发。论文讨合金在中国工业 , 尤其是汽车工业中的应用仍很有论了稀土元素 Ce , Y, Nd 以及 Ca 和 Si 的添加对压限。因此 , 深入开展镁合金及其成形技术的研究开铸镁合金在常温拉伸性能以及 150 ℃条件下的蠕变行发 , 对于扩大镁合金在中国工业中的应用具有十分重为 , 显微组织的影响 , 以及对表面处理和腐蚀试验的要的意义。影响 , 并进行了实际产品的生产。在第四届中国国际压铸会议的 50 余篇学术论文该文综合考虑合金的化学成分、合金元素的固溶中 , 涉及镁合金及其成形技术的相关论文、学术报告度、各种金属间化合物 , 在保持 AZ 91 合金基本成分有 10 余篇 , 本文将从镁合金材料、成形工艺 , 镁合不变的条件下 , 设计了四组试验合金进行考查。采用金熔体保护及镁合金成形过程数值模拟等方面总结会挤压的方法试制了 30 种成分合金试棒 , 对试棒的常议论文所涉及的相关领域的研究进展。温力学性能和腐蚀行为进行了测试 , 并初步考查了铸造性能和蠕变抗力。通过试验 , 开发的新合金性能接1 镁合金材料研究近德国大众公司开发的 MRI2153 合金 , 合金工艺性能耐热性及疲劳性能是阻碍镁合金广泛应用的主要与 AZ 91 合金相当 , 可以采用与 AZ 91 合金相同的生收稿日期: 2004211220 收到初稿 , 2004211229 收到修订稿。作者简介: 熊守美 (1966 - ) , 男 , 湖北麻城人 , 博士 , 博士生导师 , 主要从事压铸工艺和技术方面的研究。E2mail: smxiong @tsinghua1edu1cn铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·21 ·产工艺。在采用沈阳应用化学研究所低成本的电解镁造四大方面为主。其中压铸仍为最主要的成型工艺 ,- 稀土中间合金情况下 , 有效地控制了成本。在蠕变我国镁合金压铸件产量由 1995 年的 1 562 t 提高到试验中发现 , Mg2Al2Re2Zn 体系中的强化相 Al11Ce3 在2002 年的 4 950 t , 7 年里产量增长了 2 倍多 , 平均少量 Ca 存在下稳定性可以进一步提高。Nd 和 Y的添年增长率达 18 %。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、加不会使 AZ 91 合金的晶粒度改变 , 但可以产生固溶铸钢件 , 甚至代替铝压铸件 , 正成为制造业特别是汽强化 , 具有极佳的蠕变性能。车制造业的发展趋势〔4〕。112 压铸镁合金的低周疲劳行为研究211 镁合金压铸沈阳工业大学的研究人员〔2〕通过试验发现: 压目前 , 镁合金压铸工艺的研究热点主要集中在两铸态 AZ 91 疲劳寿命最低; 在高应变幅条件下 , 压铸大方面: 镁合金压铸零件的开发设计和镁合金压铸工态 AM50 + Nd 疲劳寿命高于镁合金 AZ 91 , 在较低艺的完善创新。随着模具设计水平和压铸零件性能的应变幅条件下 , 压铸态 AM50 + Nd 的寿命要低于经提高 , 镁合金压铸件的应用领域已经从传统的笔记本过固溶处理的 AZ 91 的疲劳寿命; 经过固溶处理的电脑外壳、手机外壳等表面覆盖件发展到了发动机支AZ 91 镁合金的过渡疲劳寿命明显高于压铸态 , 压铸架、轮毂、框架件等受力部件以及安全部件。态 AM50 + Nd 镁合金的过渡寿命要高于压铸态 AZ相应地 , 为了满足不断提升的零件性能要求 , 随91。经过固溶处理以后 AZ 91 中的β相消失 , 使材料着材料科学和其他科学技术的进步 , 在传统压铸工艺的延展性增加 , 循环硬化程度有所降低。的基础上衍生出了真空压铸、充氧压铸、超低速压铸113 镁合金的铸态组织研究等诸多分支技术。其中真空压铸以其极低的铸件含气镁铝合金在未经变质处理时 , 铸态下晶粒尺寸可量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到达 3 ×10 ～5 ×10 m , 组织很粗大。合金的组织决2424了高度重视和大力发展。众所周知 , 压铸件的气孔问定性能 , 性能决定合金的应用 , 以往镁合金的组织控题是限制其性能提高的主要瓶颈。真空压铸在传统压制主要是为了提高其塑性变形能力。因为镁合金为密铸工艺周期上耦合真空系统抽除型腔气体 , 是一种减排六方 , 这就决定了其塑性变形能力较差。而实践证少压铸件气孔 , 去除铸模内气体和润滑剂蒸汽的有效明 , 细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力。而方法。目前研究的热点是如何在型腔内得到更高的真半固态触变成形也要求初始的铸态组织应为细小的等空度 , 及相应的模具密封工艺。高真空压力铸造得到轴晶组织 , 因此如何控制镁合金的组织是镁合金半固的零件不仅可以大大降低微孔和气孔等铸造缺陷 , 还态成形的关键之一。可以进行热处理和压铸焊接〔5〕。常用的镁合金组织控制工艺主要有液态处理法和沈阳工业大学的研究人员〔6〕研究了压铸镁合金固态处理法两大类。液态处理法由于简单、易于实轮毂缺陷的产生原因 , 通过对浇注系统和零件结构的现 , 不外加额外设备等 , 在工业应用中具有广阔的空改进及压铸工艺参数的调整 , 有效地仿真了缺陷的产间。液态处理法包括添加晶粒细化剂法、过热处理生 , 明显改善了压铸镁合金轮毂件的质量。法、熔体搅拌法两大类。固态处理法包括等静角压清华大学的研究人员〔7〕与一汽合作 , 系统地研(ECEA) 法、大比率挤压法和铸造粉末法。但对以究了各种压铸工艺参数对镁合金压铸件质量的影响规上这些方法的机理还不是很清楚或是方法正处于试验律 , 成功开发了一汽集团首件镁合金压铸件并投入实阶段。对镁合金的组织控制机理缺乏了解 , 产生了一际生产。目前 , 正进行镁合金真空压铸及超低速压铸些混淆 , 导致工业中对镁合金的组织控制主要依靠经的实验研究。验的方法〔3〕。到目前为止 , 对镁合金组织控制的研212 低压铸造究 , 主要集中于外来质点对形核的促进作用、抑制晶低压铸造由于其充型过程的平稳性和良好的排气粒生长的作用和溶质对形核率的影响。在镁合金熔体性能 , 被广泛应用于轮毂等对铸件缺陷较为敏感的零中加入少量的孕育剂 (MgCO3、C2Cl6、FeCl3 等) 或件制造。而传统低压铸造工艺所采用的压缩空气 , 由溶质原子 (Zr、Ca、Sr、RE 等) , 能细化镁合金的铸于气体纯度不够及氧的分压过高所造成的氧化和吸气造组织并改变沉淀物的形貌 , 提高镁合金的力学性等问题会造成铸件的氧化夹杂、微裂纹、缩孔和缩松能 , 改善压力加工性能。但是 , 镁合金组织细化的研等铸造缺陷 , 限制了低压铸造的推广。采用电磁泵充究和应用远不如铝合金的深入 , 值得进一步研究。型的低压铸造新工艺技术 , 以电磁泵充型技术为核心 , 在加压充型和保压时 , 采用非接触式的电磁力直2 镁合金成形技术研究开发接作用于液态金属 , 实现了铝液的平稳输送和充型 ,当前 , 镁合金的成型工艺仍然以 压 力 铸 造并防止由于紊流所造成的二次污染 , 得到了较高的铸(HPDC) 、低压铸造 (L PDC) 、挤压铸造和半固态铸件质量。同时引入计算机控制系统 , 提高了工艺执行Jan. 2005·22 ·FOUNDRYVol154 No11的准确度 , 也使生产效率得到了提升〔8〕。此外 , 由体保护原理的基础上 , 讨论了各种混合气体保护的缺于电磁泵低压铸造工艺所采用的开环控制方式对控制点 , 研究了不同配比、不同的温度和操作条件下精度具有较高的要求 , 针对工艺参数的测定和电磁设HFC2134a 气体对液态镁合金的保护效果 , 并且研究备的开发也展开了一系列研究工作〔9- 10〕。了相关工艺参数和防护工艺。研究结果认为 HFC2213 半固态铸造134a 气体相对于 SO2 和 SF6 具有更优良的保护特性 ,半固态铸造工艺自诞生以来一直受到了广泛的关可作为镁合金熔体气体保护的一种优先选择。注 , 处于研究的前沿。由于该项技术对设备依赖性较4 镁合金压铸过程数值模拟大 , 目前研究重点主要集中在设备性能的提升和完善上。新开发的第二代触变成形机 , 最高射出速度达到在镁合金压铸生产过程中 , 液态或半固态的金属5 m/ s , 其螺杆、套筒等关键部件采用新型合金 , 耐在高速、高压下充型 , 并在高压下迅速凝固 , 容易产高温及热传导性能有所提升 , 锁模机构的刚性和速度生气孔等铸造缺陷。由于镁合金压铸充型速度比铝合得到加强 , 降低了能耗 , 得到了更高的铸件质量和生金更高 , 凝固速度更快 , 因此 , 镁合金压铸对模具的产效率〔11〕。与此同时 , 针对触变成形法的研究也促流道系统及热平衡设计提出了更高的要求。充分了解使了一批新技术的投入使用 , 如热流道系统、长喷嘴充填过程的流动和换热规律 , 设计合理的铸件、铸型技术、触变成形锻压工艺等。结构及浇注系统 , 选择恰当的压铸工艺参数 , 不仅可214 挤压铸造以降低铸件废品率 , 提高铸件质量和生产效率 , 而且挤压铸造在镁铝合金材料领域 , 以其高铸件质可以延长模具的使用寿命。数值模拟方法为解决上述量、高力学性能和高致密度得到了密切的关注。挤压问题提供了有效的手段。通过压铸充型过程流场、温铸造可以使任何壁厚的零件进行固溶热处理 , 从而得度场的数值模拟 , 能够较准确地表达压铸充型过程的到高于常规压铸的力学性能。另一方面 , 挤压铸造可流动和传热规律 , 实现理想的型腔充填状态及模具热以利用在凝固过程中加压的方法 , 得到优于低压铸造平衡状态 , 预测可能产生的卷气、冷隔等缺陷 , 进而的铸件致密结构。同时 , 挤压铸造和半固态铸造的密优化压铸工艺 , 对实际压铸生产具有重要的指导意切联系也使这项技术处于研究的热点。目前挤压铸造义。因而 , 计算机模拟仿真技术被广泛用于镁合金压面临的主要问题是对技术和过程控制要求过高 , 要求铸件的模具设计及工艺分析。的投资比较高。目前的研究重点主要集中在挤压顶清华大学的研究人员〔4〕长期从事压铸过程模拟针、吸热棒的运用 , 挤压位置的选择 , 工艺参数的控仿真技术的研究工作 , 并成功将模拟仿真技术用于镁制等方面〔12〕。合金压铸件的模具设计优化、热平衡分析及模具热应挤压铸造既可以采用专用设备进行生产 , 也可以力和变形的分析。同时 , 特别对压室中的液态金属流在常规压铸机上进行。他解决了传统压铸机不能生产动进行了模拟 , 系统地研究了低速压射速度及压室充厚大件 , 压铸件普遍存在的缩孔缩松问题 , 可生产各满度等参数对压室中的气体卷入 , 并在此基础上提出种不同强度和流动性的合金 , 简化了压铸模具设计的了低速压射的优化工艺。思路 , 降低了简单零件的压铸模具成本 , 使得中小批沈阳工业大学的研究人员〔15- 16〕采用 FLOW3D量零件使用压铸工艺生产变成可能。以挤压铸造技术对不同镁合金铸件的充型过程及凝固过程进行了模拟为基础 , 对常规铸造、低压铸造和传统挤压铸造机进分析 , 为镁合金压铸件模具设计及预测缺陷位置提供行的改造为挤压铸造技术的推广做出了贡献〔13〕。了理论指导 , 有效地提高了镁合金压铸件质量及降低模具设计成本。3 镁合金熔体保护5 结束语镁及镁合金的气体保护熔炼技术是目前生产高纯度、高品质镁合金的技术关键。20 多年前 , 在熔炼随着镁合金压铸件的广泛应用 , 提高其压铸性能镁和镁合金时采用 SF6 做保护气体 , 是当时镁工业界和抗高温蠕变性能已成为当前重要的研究课题。我国最大的进步。因为它消除了以前使用 SO2 和熔剂熔的稀土资源丰富 , 稀土镁合金的性能优良 , 开发具有炼所产生的大多数问题。但到了 1990 年 , SF6 和类中国特色的压铸稀土镁合金 , 提高其抗高温蠕变性似物的高温室效应 (是 CO2 的 24 000 倍 , 并能在大能 , 具有重要意义。气中长期存在 3 200 年) 迫使镁工业用户必须寻找技压铸是镁合金最主要的成形工艺 , 为了进一步提术上可行 , 经济、环保的替代保护气体。寻找 SF6 的高镁合金零件的的质量及扩大镁合金的应用领域 , 应替代保护气体是目前镁工业界的一个重要课题。积极开展一些新的成形工艺方法 (如真空压铸、超低华北工学院的研究人员〔14〕在论述镁合金熔体气速压铸、挤压铸造、半固态铸造等成形方法) 的基础铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·23 ·研究工作。镁合金成形技术对工艺过程提出了更高的四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 ,要求 , 采用数值模拟技术可以优化成形工艺 (模具设2004. 35 - 39〔9〕 许音 , 彭有根 , 杨晶. 直流电磁泵低压铸造系统工艺参数测定计) , 控制模具热平衡 , 提高产品质量和降低废品率。〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 84 - 88参考文献:〔10〕 刘云 , 杨晶 , 党惊知. 磁铁结构参数对电磁泵磁场强度的影响〔1〕 刘海峰 , 佟国栋 , 侯骏 , 等. 含稀土抗蠕变压铸镁合金的开发〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 103 - 108出版社 , 2004. 145 - 155〔11〕 李博文. 新一代触变成形机特点〔A〕. 第四届中国国际压铸会〔2〕 申健 , 洪成森 , 李锋 , 等. 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镁合金热处理工艺及研究现状摘要：镁合金具有较高的比刚度、比强度、良好的电磁屏蔽性、减振性能和散热性能，是最轻的结构金属材料之一，在航空航天领域具有广泛的应用前景。本文综述了镁合金热处理工艺及其研究现状。 关键词：镁合金 热处理 研究现状 多数镁合金都可通过热处理来改善或调整材料的力学性能和加工性能。镁合金能否通过热处理强化完全取决于合金元素的固溶度是否随温度变化。当合金元素的固溶度随温度变化时，镁合金可以进行热处理强化。镁合金的常规热处理工艺分为退火和固溶时效两大类。 镁合金热处理强化的特点是：合金元素的扩散和合金相的分解过程极其缓慢，因此固溶和时效处理时需要保持较长的时间。另外，镁合金在加热炉中应保持中性气氛或通入保护气体以防燃烧。 一、 退火 退火可以显著降低镁合金制品的抗拉强度并增加其塑性，对某些后续加工有利。变形镁合金根据使用要求和合金性质，可采用高温完全退火（O）和低温去应力退火（T2）。 完全退火可以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化效应，恢复和提高其塑性，以便进行后续变形加工。完全退火时一般会发生再结晶和晶粒长大，所以温度不能过高，时间不能太长。当镁合金含稀土时，其再结晶温度升高。AM60、AZ31、AZ61、AZ60 合金经热轧或热挤压退火后组织得到改善。去应力退火既可以减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。 二、固溶和时效 1、固溶处理 要获得时效强化的有利条件，前提是有一个过饱和固溶体。先加热到单相固溶体相区内的适当温度，保温适当时间，使原组织中的合金元素完全溶入基体金属中，形成过饱和固溶体，这个过程就称为固溶热处理。由于合金元素和基体元素的原子半径和弹性模量的差异，使基体产生点阵畸变。由此产生的应力场将阻碍位错运动，从而使基体得到强化。固溶后屈服强度的增加将与加入溶质元素的浓度成二分之一次方比。 根据Hmue-Rothery规则，如果溶剂与溶质原子的半径之差超过14%～15%，该种溶剂在此种溶质中的固溶度不会很大。而Mg的原子直径为，则Li，Al，Ti， Cr，Zn，Ge，Yt，Zr，Nb，Mo，Pd，Ti，Pb，Bi等元素可能在Mg中会有显著的固溶度。另外，若给定元素与Mg的负电性相差很大，例如当Gordy定义的负电性值相差以上（即∣xMg－x∣>）时，也不可能有显著的固溶度。因为此时Mg和该元素易形成稳定的化合物，而非固溶体。 2、人工时效 沉淀强化是镁合金强化(尤指室温强度)的一个重要机制。在合金中，当合金元素的固溶度随着温度的下降而减少时，便可能产生时效强化。将具有这种特征的合金在高温下进行固溶处理，得到不稳定的过饱和固溶体，然后在较低的温度下进行时效处理，即可产生弥散的沉淀相。滑动位错与沉淀相相互作用，使屈服强度提高，镁合金得到强化： Tyield=(2aGb)/L+τa （1） 式中Tyield为沉淀强化合金的屈服强度；τa为没有沉淀的基体的屈服强度；(2aGb/L)为在沉淀之间弯出位错所需的应力。 由于具有较低的扩散激活能，绝大多数镁合金对自然时效不敏感，淬火后能在室温下长期保持淬火状态。部分镁合金经过铸造或加工成形后不进行固溶处理而是直接进行人工时效。这种工艺很简单，可以消除工件的应力，略微提高其抗拉强度。对Mg-Zn系合金就常在热变形后直接人工时效以获得时效强化效果，即可获得T5状态加工产品。
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哪种？合金一般以性能优越..导热电性强著称...
此文系本书作者和鲍荣华（中国地质大学（北京））合作。原载《中国矿业》2008年第17卷第4期
摘要 镁是21世纪最具有开发和应用潜力的绿色工程材料，我国是镁资源最为丰富的国家，产量和消费均居十分重要的地位。为保持现有优势，建议国家继续深化税收政策，稳定国际地位；乘势加速镁产业化聚集，应对国际变化。
关键词 原镁；资源赋存；生产；消费
镁是10种常用有色金属之一，主要来自海水、天然盐湖水、白云岩、菱镁矿和水镁石等。镁及其合金是迄今在工程中应用的最轻的金属结构材料，具有重量轻、密度小、强度高、降低噪音、电磁屏蔽性、减震性好以及优良的铸造性能和机械加工性能。统计表明，近年西方镁合金应用的市场增长率达到了15%以上，全球镁合金的应用年均增长达到10%左右。我国是镁资源储备最丰富、原镁生产与消费的大国，客观分析全球供需形势，研究未来走势，适时采取宏观调控措施是十分必要的。本文从镁资源赋存、原镁生产与消费几个方面分析的基础上，得出未来几年之内原镁产、销基本均衡，价格保持平稳上升的结论。结合我国原镁生产、供应的地位现实，提出努力深化宏观调控，稳定国际地位，乘势加速镁产业化聚集，应对国际变化的建议。
1 世界镁资源赋存集中，我国居首
我国是世界上镁资源最为丰富的国家，镁资源矿石类型全，分布广，总储量居世界第一。菱镁矿储量居世界首位，含镁白云石矿丰富，白云石资源遍及我国各省（区），特别是山西、宁夏、河南等省（区），我国符合炼镁要求的一、二级菱镁矿达到26亿吨，白云石查明资源储量近40亿吨，青海盐湖氯化镁32亿吨，硫酸镁16亿吨。
近几年，世界菱镁矿的储量和储量基础比较稳定，2006年储量为22亿吨，储量基础为36亿吨，与2005相比没有变化。菱镁矿主要分布在俄罗斯、朝鲜、中国、澳大利亚和土耳其等8个国家，这几个国家的储量和储量基础之和，分别占世界的和。
2 世界原镁产量年增幅较大，我国领跑
2000年以来，世界原镁生产一直处于稳步上升的时期，由2000年的万吨跃至2006年的万吨（表1），2006年，原镁产量约占世界总产量的75%。
表1 界原镁产量单位：万吨
3 世界镁消费趋升，我国最快
近几年，世界镁消费呈现上升趋势，2004年世界镁消费量是万吨，2005年跃升至60万吨，2006年世界镁的消费量，在70万吨左右。中国和独联体国家，拉模铸造领域镁的消耗增长强劲，镁铝合金消耗也有所增长，拉模铸造的主要领域是汽车业。2005年，中国代替美国成为最大的消费者，消费量为万吨，2006年达到15万吨，占世界总消费量的20%多。亚洲临近中国的一些国家借助中国生产镁的优势，对镁的需求快速增加。
从2002年开始，压铸业中镁的消费成为最大消费领域，这主要是由于汽车制造上的大量使用引起的。2004年世界主要地区原镁消费中，压铸占。在镁压铸生产行业中，北美、拉美、西欧用量最多，因为汽车制造业促进了市场对镁需求量的增长。有关统计数字表明，在过去10年里，镁合金压铸件在汽车上的使用量上升了15%左右，而且这种发展趋势还会继续。2005年，国际上镁的消费结构是：铝合金添加元素约占总消费的，压铸用镁合金约占，炼钢脱硫用镁约占，三者约占总量的。2006年，中国镁消费结构与世界有区别，压铸、炼钢脱硫消费已高于世界比例，铝合金消费低于世界比例（图1）。
图1的消费结构
4 未来走势及我国策略
综观现实及未来发展，镁产品无论是消费还是生产均处于理性状态，随着镁使用范围的不断扩大，消费量和产量增加将是大势所趋；价格尽管不会有过剧的波动，但总的趋向是走高。
消费量与供应量增长不可遏制。从长远来看，镁产品的需求仍将会呈现上升趋势，因为汽车设计者一直致力于开发轻型汽车，必将增加镁的需求；重金属冶炼带来的环境污染以及有毒气体排放，铝合金及金属还原对镁的需求持续增加等诸多因素都有利于发展性能优越，可循环利用的轻金属镁。目前，欧洲、美洲、中国、日本、以色列等地区及国家都加大了镁的研发投入和车结构材料上扩大应用，而且会在更广泛的领域推广应用。
生产供应方面，受原镁市场价格的影响，新开和恢复生产的公司不断涌现。澳大利亚将有三个公司开始生产金属镁，Minemakers Australia对塔斯马尼亚里昂河和亚瑟河的菱镁矿床进行年产50万t氧化镁的可行性研究；Korab Resources公司在新南威尔士的Batchelor菱镁矿床投资回收镁；国际矿物公司（Imcor）投资在新南威尔士从硅镁石尾矿中回收镁。刚果2007年开始在其首都布拉扎维建一个生产能力为6万吨/年的再生镁厂。俄罗斯Rusa L公司宣布，在伏尔加格勒以当地生产的水氯镁石为原料，建一个年产4万t的镁厂。将在未来2年投产的还有：MIL（埃及），设计生产能力万吨/年，2009前后完成；Cogbum（加拿大），设计生产能力万吨/年，2008完成；Latrobe（澳大利亚），设计生产能力10万吨/年，2009完成。
正是上述产销基本均衡的态势，决定了原镁价格难以大起大落，保持平稳上升将成定势。为保持我国原镁生产、供应的地位，发挥既有优势，逐步提升全球供应和价格的掌控努力，建议：
（1）深化宏观调控，稳定国际地位。汲取2003～2005年盲目扩大生产造成的国际市场供大于求，价格下跌，并被征收镁反倾销关税的教训，遏制多头出口竞相压价现象的再度发生。实践表明，2006年1月1日对金属镁及其初级产品的出口退税率从13%降至5%,2006年9月15日起，金属镁及其初级产品的出口退税全部取消，控制了出口，但却使附加值较高的锻轧镁、镁制品等价格平稳上涨。有利地保护了国内镁产业的发展。2006～2007年镁锭价格表明（图2），原镁价格稳定上升，促进了我国镁产量的快速增加。
图2 2006～2007年镁锭鹿特丹仓库平均价
（2）乘势加速镁产业化聚集，应对国际变化。2006年，美国、加拿大、欧盟、日本等均有新的镁合金研发项目实施，并获得政府资助，有的是在行业联盟的组织下进行的。支持重点是压铸、挤压、扎制等变形加工。麦瑞丁、乔治费歇尔等国际性压铸企业，先后在我国建厂，推行其全球化战略。在镁加工领域，专业化、集团化、跨国投资成为新趋势。
2006年以来，中国镁冶炼企业生产了大量符合国内外标准的铸造镁合金，产品结构由初级镁产品向高附加值产品转变；镁加工水平得到了提高，由“十五”期间的以镁粒（粉）初级产品加工向汽车摩托车零部件、3C产品、手动工具等加工制造方向发展，加工工艺水平不断提高。为应对国际化趋势，我国应发挥镁资源储量和生产原料生产突出优势，将镁产业链、产业群的建设作为一项重要的国家资源战略和产业竞争战略。通过官、产、学、研、用各个方面的共同努力，使我国镁业形成从原材料到深加工到应用的完整产业链、产业群；从基础研究到应用研究到产品开发的完整科研开发体系，实现镁工业跨越式发展，在产业化方面赶超世界先进水平。
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镁合金成形技术研究进展熊守美1 , 苏仕方2(11 清华 - 东洋镁铝合金成形技术研究开发中心 , 清华大学机械工程系 100084 ; 21 中国机械工程学会铸造分会 ,辽宁沈阳 110022)摘要: 镁合金材料及其成形技术的研究和开发对于扩大镁合金在我国的应用具有十分重要的意义。根据第四届中国国际压铸会议论文资料, 综述了国内外镁合金材料及其成形技术的的国内外发展趋势, 包括材料、成形技术及数值模拟等, 展望了镁合金的开发与应用前景。关键词: 镁合金; 材料; 成形技术; 数值模拟中图分类号: TG24912 ; TG14612 2 文献标识码: A 文章编号: 100124977 (2005) 0120020204+Research Progress on Processing Technologyof Magnesium AlloysXIONG Shou2Mei1 , SU Shi2Fang2(11Tsinghua2TOYO R &D Center of Magnesium and Aluminum Alloys Processing Technology , Departmentof Mechanical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China ; 21Foundry Institution of ChineseMechanical Engineering Society , Shenyang 110022 , Liaoning , China)Abstract : Research and development of magnesium alloys and their processing technology are of greatimportance in promoting domestic applications of magnesium alloys in China. Based on the conferencepapers of the 4th China International Die casting Congress & Exhibition , this paper reviewed the trend ofresearch and development of magnesium alloys and their processing technology at home and abroad , in2cluding materials development , processing technology , and numerical simulation technology , etc. At thesame time , the prospect for magnesium applications was also : magnesium alloy ; materials ; processing technology ; numerical simulation镁合金正被广泛用于汽车、航空、电子以及消费原因 , 使它难以作为关键零部件 (如发动机零件) 材品工业中的各种结构件。尽管这些应用的增长主要受料在汽车等工业中得到更广泛的应用。同时镁合金密重量减轻的驱动 , 但是 , 镁合金的其它优点也起着重排六方的晶体结构决定了其塑性变形能力较差 , 如何要的作用。其一 , 是它们对压铸工艺的独特适应性 ,解决这一问题是镁合金应用的关键之一。针对上述问可以高速生产近终形零件; 其二 , 优良的模具寿命所题 , 研究人员取得了以下进展。节约的生产成本 , 可以弥补其原材料价格比铝合金稍111 压铸镁合金材料开发贵的不足 , 增强与压铸铝合金的竞争力; 此外 , 极好针对商用压铸镁合金抗高温蠕变性能较差的现状 , 以的可加工性能和减振性能也是镁合金具有的重要性AZ 91 合金为基准合金 , 一汽铸造研究所的研究人能。中国现在是世界上最大的镁生产及出口国 , 但镁员〔1〕进行了抗高温蠕变压铸镁合金的开发。论文讨合金在中国工业 , 尤其是汽车工业中的应用仍很有论了稀土元素 Ce , Y, Nd 以及 Ca 和 Si 的添加对压限。因此 , 深入开展镁合金及其成形技术的研究开铸镁合金在常温拉伸性能以及 150 ℃条件下的蠕变行发 , 对于扩大镁合金在中国工业中的应用具有十分重为 , 显微组织的影响 , 以及对表面处理和腐蚀试验的要的意义。影响 , 并进行了实际产品的生产。在第四届中国国际压铸会议的 50 余篇学术论文该文综合考虑合金的化学成分、合金元素的固溶中 , 涉及镁合金及其成形技术的相关论文、学术报告度、各种金属间化合物 , 在保持 AZ 91 合金基本成分有 10 余篇 , 本文将从镁合金材料、成形工艺 , 镁合不变的条件下 , 设计了四组试验合金进行考查。采用金熔体保护及镁合金成形过程数值模拟等方面总结会挤压的方法试制了 30 种成分合金试棒 , 对试棒的常议论文所涉及的相关领域的研究进展。温力学性能和腐蚀行为进行了测试 , 并初步考查了铸造性能和蠕变抗力。通过试验 , 开发的新合金性能接1 镁合金材料研究近德国大众公司开发的 MRI2153 合金 , 合金工艺性能耐热性及疲劳性能是阻碍镁合金广泛应用的主要与 AZ 91 合金相当 , 可以采用与 AZ 91 合金相同的生收稿日期: 2004211220 收到初稿 , 2004211229 收到修订稿。作者简介: 熊守美 (1966 - ) , 男 , 湖北麻城人 , 博士 , 博士生导师 , 主要从事压铸工艺和技术方面的研究。E2mail: smxiong @tsinghua1edu1cn铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·21 ·产工艺。在采用沈阳应用化学研究所低成本的电解镁造四大方面为主。其中压铸仍为最主要的成型工艺 ,- 稀土中间合金情况下 , 有效地控制了成本。在蠕变我国镁合金压铸件产量由 1995 年的 1 562 t 提高到试验中发现 , Mg2Al2Re2Zn 体系中的强化相 Al11Ce3 在2002 年的 4 950 t , 7 年里产量增长了 2 倍多 , 平均少量 Ca 存在下稳定性可以进一步提高。Nd 和 Y的添年增长率达 18 %。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、加不会使 AZ 91 合金的晶粒度改变 , 但可以产生固溶铸钢件 , 甚至代替铝压铸件 , 正成为制造业特别是汽强化 , 具有极佳的蠕变性能。车制造业的发展趋势〔4〕。112 压铸镁合金的低周疲劳行为研究211 镁合金压铸沈阳工业大学的研究人员〔2〕通过试验发现: 压目前 , 镁合金压铸工艺的研究热点主要集中在两铸态 AZ 91 疲劳寿命最低; 在高应变幅条件下 , 压铸大方面: 镁合金压铸零件的开发设计和镁合金压铸工态 AM50 + Nd 疲劳寿命高于镁合金 AZ 91 , 在较低艺的完善创新。随着模具设计水平和压铸零件性能的应变幅条件下 , 压铸态 AM50 + Nd 的寿命要低于经提高 , 镁合金压铸件的应用领域已经从传统的笔记本过固溶处理的 AZ 91 的疲劳寿命; 经过固溶处理的电脑外壳、手机外壳等表面覆盖件发展到了发动机支AZ 91 镁合金的过渡疲劳寿命明显高于压铸态 , 压铸架、轮毂、框架件等受力部件以及安全部件。态 AM50 + Nd 镁合金的过渡寿命要高于压铸态 AZ相应地 , 为了满足不断提升的零件性能要求 , 随91。经过固溶处理以后 AZ 91 中的β相消失 , 使材料着材料科学和其他科学技术的进步 , 在传统压铸工艺的延展性增加 , 循环硬化程度有所降低。的基础上衍生出了真空压铸、充氧压铸、超低速压铸113 镁合金的铸态组织研究等诸多分支技术。其中真空压铸以其极低的铸件含气镁铝合金在未经变质处理时 , 铸态下晶粒尺寸可量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到达 3 ×10 ～5 ×10 m , 组织很粗大。合金的组织决2424了高度重视和大力发展。众所周知 , 压铸件的气孔问定性能 , 性能决定合金的应用 , 以往镁合金的组织控题是限制其性能提高的主要瓶颈。真空压铸在传统压制主要是为了提高其塑性变形能力。因为镁合金为密铸工艺周期上耦合真空系统抽除型腔气体 , 是一种减排六方 , 这就决定了其塑性变形能力较差。而实践证少压铸件气孔 , 去除铸模内气体和润滑剂蒸汽的有效明 , 细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力。而方法。目前研究的热点是如何在型腔内得到更高的真半固态触变成形也要求初始的铸态组织应为细小的等空度 , 及相应的模具密封工艺。高真空压力铸造得到轴晶组织 , 因此如何控制镁合金的组织是镁合金半固的零件不仅可以大大降低微孔和气孔等铸造缺陷 , 还态成形的关键之一。可以进行热处理和压铸焊接〔5〕。常用的镁合金组织控制工艺主要有液态处理法和沈阳工业大学的研究人员〔6〕研究了压铸镁合金固态处理法两大类。液态处理法由于简单、易于实轮毂缺陷的产生原因 , 通过对浇注系统和零件结构的现 , 不外加额外设备等 , 在工业应用中具有广阔的空改进及压铸工艺参数的调整 , 有效地仿真了缺陷的产间。液态处理法包括添加晶粒细化剂法、过热处理生 , 明显改善了压铸镁合金轮毂件的质量。法、熔体搅拌法两大类。固态处理法包括等静角压清华大学的研究人员〔7〕与一汽合作 , 系统地研(ECEA) 法、大比率挤压法和铸造粉末法。但对以究了各种压铸工艺参数对镁合金压铸件质量的影响规上这些方法的机理还不是很清楚或是方法正处于试验律 , 成功开发了一汽集团首件镁合金压铸件并投入实阶段。对镁合金的组织控制机理缺乏了解 , 产生了一际生产。目前 , 正进行镁合金真空压铸及超低速压铸些混淆 , 导致工业中对镁合金的组织控制主要依靠经的实验研究。验的方法〔3〕。到目前为止 , 对镁合金组织控制的研212 低压铸造究 , 主要集中于外来质点对形核的促进作用、抑制晶低压铸造由于其充型过程的平稳性和良好的排气粒生长的作用和溶质对形核率的影响。在镁合金熔体性能 , 被广泛应用于轮毂等对铸件缺陷较为敏感的零中加入少量的孕育剂 (MgCO3、C2Cl6、FeCl3 等) 或件制造。而传统低压铸造工艺所采用的压缩空气 , 由溶质原子 (Zr、Ca、Sr、RE 等) , 能细化镁合金的铸于气体纯度不够及氧的分压过高所造成的氧化和吸气造组织并改变沉淀物的形貌 , 提高镁合金的力学性等问题会造成铸件的氧化夹杂、微裂纹、缩孔和缩松能 , 改善压力加工性能。但是 , 镁合金组织细化的研等铸造缺陷 , 限制了低压铸造的推广。采用电磁泵充究和应用远不如铝合金的深入 , 值得进一步研究。型的低压铸造新工艺技术 , 以电磁泵充型技术为核心 , 在加压充型和保压时 , 采用非接触式的电磁力直2 镁合金成形技术研究开发接作用于液态金属 , 实现了铝液的平稳输送和充型 ,当前 , 镁合金的成型工艺仍然以 压 力 铸 造并防止由于紊流所造成的二次污染 , 得到了较高的铸(HPDC) 、低压铸造 (L PDC) 、挤压铸造和半固态铸件质量。同时引入计算机控制系统 , 提高了工艺执行Jan. 2005·22 ·FOUNDRYVol154 No11的准确度 , 也使生产效率得到了提升〔8〕。此外 , 由体保护原理的基础上 , 讨论了各种混合气体保护的缺于电磁泵低压铸造工艺所采用的开环控制方式对控制点 , 研究了不同配比、不同的温度和操作条件下精度具有较高的要求 , 针对工艺参数的测定和电磁设HFC2134a 气体对液态镁合金的保护效果 , 并且研究备的开发也展开了一系列研究工作〔9- 10〕。了相关工艺参数和防护工艺。研究结果认为 HFC2213 半固态铸造134a 气体相对于 SO2 和 SF6 具有更优良的保护特性 ,半固态铸造工艺自诞生以来一直受到了广泛的关可作为镁合金熔体气体保护的一种优先选择。注 , 处于研究的前沿。由于该项技术对设备依赖性较4 镁合金压铸过程数值模拟大 , 目前研究重点主要集中在设备性能的提升和完善上。新开发的第二代触变成形机 , 最高射出速度达到在镁合金压铸生产过程中 , 液态或半固态的金属5 m/ s , 其螺杆、套筒等关键部件采用新型合金 , 耐在高速、高压下充型 , 并在高压下迅速凝固 , 容易产高温及热传导性能有所提升 , 锁模机构的刚性和速度生气孔等铸造缺陷。由于镁合金压铸充型速度比铝合得到加强 , 降低了能耗 , 得到了更高的铸件质量和生金更高 , 凝固速度更快 , 因此 , 镁合金压铸对模具的产效率〔11〕。与此同时 , 针对触变成形法的研究也促流道系统及热平衡设计提出了更高的要求。充分了解使了一批新技术的投入使用 , 如热流道系统、长喷嘴充填过程的流动和换热规律 , 设计合理的铸件、铸型技术、触变成形锻压工艺等。结构及浇注系统 , 选择恰当的压铸工艺参数 , 不仅可214 挤压铸造以降低铸件废品率 , 提高铸件质量和生产效率 , 而且挤压铸造在镁铝合金材料领域 , 以其高铸件质可以延长模具的使用寿命。数值模拟方法为解决上述量、高力学性能和高致密度得到了密切的关注。挤压问题提供了有效的手段。通过压铸充型过程流场、温铸造可以使任何壁厚的零件进行固溶热处理 , 从而得度场的数值模拟 , 能够较准确地表达压铸充型过程的到高于常规压铸的力学性能。另一方面 , 挤压铸造可流动和传热规律 , 实现理想的型腔充填状态及模具热以利用在凝固过程中加压的方法 , 得到优于低压铸造平衡状态 , 预测可能产生的卷气、冷隔等缺陷 , 进而的铸件致密结构。同时 , 挤压铸造和半固态铸造的密优化压铸工艺 , 对实际压铸生产具有重要的指导意切联系也使这项技术处于研究的热点。目前挤压铸造义。因而 , 计算机模拟仿真技术被广泛用于镁合金压面临的主要问题是对技术和过程控制要求过高 , 要求铸件的模具设计及工艺分析。的投资比较高。目前的研究重点主要集中在挤压顶清华大学的研究人员〔4〕长期从事压铸过程模拟针、吸热棒的运用 , 挤压位置的选择 , 工艺参数的控仿真技术的研究工作 , 并成功将模拟仿真技术用于镁制等方面〔12〕。合金压铸件的模具设计优化、热平衡分析及模具热应挤压铸造既可以采用专用设备进行生产 , 也可以力和变形的分析。同时 , 特别对压室中的液态金属流在常规压铸机上进行。他解决了传统压铸机不能生产动进行了模拟 , 系统地研究了低速压射速度及压室充厚大件 , 压铸件普遍存在的缩孔缩松问题 , 可生产各满度等参数对压室中的气体卷入 , 并在此基础上提出种不同强度和流动性的合金 , 简化了压铸模具设计的了低速压射的优化工艺。思路 , 降低了简单零件的压铸模具成本 , 使得中小批沈阳工业大学的研究人员〔15- 16〕采用 FLOW3D量零件使用压铸工艺生产变成可能。以挤压铸造技术对不同镁合金铸件的充型过程及凝固过程进行了模拟为基础 , 对常规铸造、低压铸造和传统挤压铸造机进分析 , 为镁合金压铸件模具设计及预测缺陷位置提供行的改造为挤压铸造技术的推广做出了贡献〔13〕。了理论指导 , 有效地提高了镁合金压铸件质量及降低模具设计成本。3 镁合金熔体保护5 结束语镁及镁合金的气体保护熔炼技术是目前生产高纯度、高品质镁合金的技术关键。20 多年前 , 在熔炼随着镁合金压铸件的广泛应用 , 提高其压铸性能镁和镁合金时采用 SF6 做保护气体 , 是当时镁工业界和抗高温蠕变性能已成为当前重要的研究课题。我国最大的进步。因为它消除了以前使用 SO2 和熔剂熔的稀土资源丰富 , 稀土镁合金的性能优良 , 开发具有炼所产生的大多数问题。但到了 1990 年 , SF6 和类中国特色的压铸稀土镁合金 , 提高其抗高温蠕变性似物的高温室效应 (是 CO2 的 24 000 倍 , 并能在大能 , 具有重要意义。气中长期存在 3 200 年) 迫使镁工业用户必须寻找技压铸是镁合金最主要的成形工艺 , 为了进一步提术上可行 , 经济、环保的替代保护气体。寻找 SF6 的高镁合金零件的的质量及扩大镁合金的应用领域 , 应替代保护气体是目前镁工业界的一个重要课题。积极开展一些新的成形工艺方法 (如真空压铸、超低华北工学院的研究人员〔14〕在论述镁合金熔体气速压铸、挤压铸造、半固态铸造等成形方法) 的基础铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·23 ·研究工作。镁合金成形技术对工艺过程提出了更高的四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 ,要求 , 采用数值模拟技术可以优化成形工艺 (模具设2004. 35 - 39〔9〕 许音 , 彭有根 , 杨晶. 直流电磁泵低压铸造系统工艺参数测定计) , 控制模具热平衡 , 提高产品质量和降低废品率。〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 84 - 88参考文献:〔10〕 刘云 , 杨晶 , 党惊知. 磁铁结构参数对电磁泵磁场强度的影响〔1〕 刘海峰 , 佟国栋 , 侯骏 , 等. 含稀土抗蠕变压铸镁合金的开发〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 103 - 108出版社 , 2004. 145 - 155〔11〕 李博文. 新一代触变成形机特点〔A〕. 第四届中国国际压铸会〔2〕 申健 , 洪成森 , 李锋 , 等. 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机械制造热处理节能面临问题及改善措施论文
热处理是机械制造必不可缺的一道工艺，尤其是对钢铁等金属材料的热处理是现代制造技术的关键所在，主要作用是通过加热、保温和冷却三个过程使材料的强塑性得以提高。由于在这三个过程中要使材料表面或内部的金相组织结构发生变化，因而热处理三道工序能耗较大。据相关调查显示，我国目前热处理电阻炉的总容量较欧盟相比要高出50万kw，但产值却远不及欧盟。由此可见，优化制造工业中热处理节能业已成为当前热处理工艺不可忽视的重要工作。
一、我国热处理生产现状
（一）热处理能耗规模
热处理作为机械制造必不可少的重要工艺，是机械制造行业中生产规模较大的产业。截至“十一五”期末调查结果显示，我国共有各类热处理相关生产厂、车间约18000家，实现装机容量1500万kW，年生产能力突破4500万吨，同时年耗总量也高达230亿度，约占我国机械制造业年消耗总电量的三分之一，由此可见，热处理能耗高是我国机械制造业较为突出的特点，而且具有极大的节能降耗空间和潜力。
（二）热处理主要污染物类型及来源
热处理不仅是我国机械制造业中的耗能大户，还是环境污染大户。同样根据“十一五”期末的有关调查显示，目前我国是世界第二耗能大户，年能耗约为14．2亿吨标煤，尤其是单位产品能耗较发达国家高出20%～60%，这说明我国热处理效率水平不高，热处理过程中能耗损失较大，因而产生的环境污染物业相对更高一些，而这些污染物主要来源于加热、淬火冷却、表面处理三大工序，已经严重威胁到人类健康和社会环境。
二、我国热处理节能面临的最主要问题
从我国热处理生产现状中可以得知，高能耗和重污染已经成为我国热处理的突出特点，而且也是我国热处理节能需要解决的'两大难题。其归根结底是由于我国热处理技术水平不高所造成的，突出表现为如下两点：
（一）热处理设备能耗大，能源利用率低
目前我国热处理设备升级换代速度较慢，30年间我国热处理单位能耗仅下降了600 kW·h/t，降至1000 kW·h/t的平均水平，其中大中型企业节能效果稍好一些，基本控制在500～800 kW·h/t，但较发达国家300～450 kW·h/t的平均单位能耗相比仍有不小差距，约为发达国家的2～3倍。
（二）少无氧化热处理设备应用率低，污染和资源浪费严重
不仅如此，由于设备更新换代速度较慢，我国目前无氧化热处理设备应用没有普及。截至“十一五”期末，我国机械制造行业少无氧化热处理设备应用率仅为30%，而制造业发达国家少无氧化热处理应用率则高达80%～90%。由此可见，我国热处理工艺仍以燃烧加热为主，致使燃烧所产生的碳黑、烟尘以及大量的CO2、残氨等废气造成了严重的环境污染。此外，通常热处理燃烧造成的金属氧化烧损约为金属本体重量的3%，加上钢材表面脱碳处理所浪费掉的钢材，每年超过百万吨，造成了极大的浪费。
三、优化热处理节能的措施
尽管造成我国热处理高能耗、重污染主要是由于技术水平所引起的，但是笔者认为优化热处理节能并不单单限于提高技术水平，还需要提高企业管理能力。
（一）优化热处理节能的管理措施
管理是企业发展的根本，更是技术革新的基础。如果管理不到位，那么即使有再先进的技术和工艺，也会因人为操作因素导致技术水平不能得到全部发挥。而优化热处理节能的管理首要工作就是要建立完善的节能体系，制定现代热处理企业制度、生产管理制度、横班效益考核等制度，做到有“法”可依，既能够通过严格控制热平衡参数等热处理操作来控制能源消耗流向，又能够通过考核奖惩措施调动员工节能降耗的积极性。此外，还要举办以节约电、煤、气、水和油为主旨的“五小成果”技改活动，对做出贡献的员工给予精神和物质奖励，鼓励员工就进行科技革新。
（二）应用新技术和新能源实现节能降耗
1. 应用新能源，使用清洁能源作为燃料
鉴于目前我国仍以燃烧作为热处理加热的主要方式并且短期内难以改变的现状。应当尽量在燃烧过程中应用清洁能源作为燃料，以新能源代替污染较大的煤燃料。基于此，可考虑选用天然气作为燃料，在通常技术条件下，其热效率可达50．5%，较煤电热效率高出近1倍。热处理炉除直接燃烧可获得至少30%的热效率外，烟道气废热还可用于预热燃烧，空气、回火炉的加热、清洗液和淬火油的加热以及其他生活用途，使绝对的热利用率可达到80%以上，具有节能环保双重优势。
2.加强科技研发，试验和推广节能新设备和新工艺
开发新工艺加强热处理节能理论的研究，试验和推广节能新设备和新工艺，尽量采用节能新技术。同时还必须估量实现该技术的代价.即要综合考虑以下几方面的因素:(l)从零件和整机的实际工作条件出发，制定合理的热处理工艺。技术要求该高的就高，不该高的不要盲目求高，工艺要和零件的功能、重要性密切结合;(2)根据具体零件和材料，尽量选用先进的热处理技术，提升少无氧化加热设备的应用率，以获得优质、节能、高效率的经济效果，并充分挖掘材料性能特点。
3.采用新技术改善热处理生产环境
从上文分析可知，目前我国热处理加热仍然采取燃烧的方式，并用油冷的方式进行换热冷却，对环境造成了巨大污染，需要采用清洁、节能的热处理技术加以替代。目前可采用的新技术有如下几种。
（1）真空加热处理技术
真空加热是一种在低于或者等于10-5负压空间内对热处理件加热的方法。采取真空加热技术既能够避免燃烧给热处理件带来的氧化和脱碳，又能够在真空渗碳或碳氮共渗以后进行高压气淬，进而使热处理加热效率和性能都得到提升。据调查，目前发达国家真空热处理技术应用率可达20%左右，而我国还不足5%，因而提升真空热处理技术的使用率是当前改善热处理效率的重要途径之一。
（2）离子渗氮和离子渗碳技术
离子渗氮和离子渗碳是将置于低压容器内的工件在辉光放电的作用下，带电粒子轰击工件表面，使其温度升高，实现所需原子渗人表层的化学热处理方法。与常规的化学热处理相比，特点是渗速快、工件变形小、易控制，热效率高、节约能源，而且无烟雾、废气污染。
（3）感应加热热处理技术
感应加热是利用电磁感应的原理，使工件表面产生涡流而被加热。其特点是加热速度快、易控制、工件表面氧化和脱碳少、节约能源、污染少。
（4）激光束、电子束、离子束表面技术
该技术主要包括表面淬火、重熔、涂层，主要依靠高能束对热处理件表面进行快速加热进而实现热处理，较燃烧加热相比该技术不会产生烟尘等污染，是一种十分清洁环保的技术。
（5）热处理的CAD技术
当今时代已经进入到信息时代，随着IT技术的不断发展，利用现代化信息技术来实现热处理节能也原来越被广泛应用。CAD技术就是其中一种，它可以通过计算机模拟热处理工艺流程来控制淬火剂和淬火方法的使用，实现二者最优化配置，加快渗碳过程，减少废气排放量。不仅如此，智能CAD技术还可以利用不断开发的先进计算方法例如三维温度场等来回收利用热处理的余热，减少能量的损耗，是绿色节能和清洁生产的重要技术。
总而言之，改善我国目前热处理能耗高、污染重的现状，就必须从优化节能管理和应用新技术、新能源两大方面入手，在规范、严格管理的基础上采取各项技术措施，才能有效提升热处理节能水平。
参考文献
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[2]葛欣.金属材料热处理节能新技术的应用[J].中国高新技术企业，2011年第33期
金属材料好比是各种蔬菜，热处理就好比是炒菜，掌握好火候，就能做出不同的味道。热处理也一样，不同的材料，要不同的火候，才能得到想要的机械性能。有时候还要“添油加醋”，呵呵有这样的文章，可以发挥写一下。
该论文从四把火开始，结合目前比较流行和先进的热处理工艺如双相钢等讲一下自己的设想，同时通过讲解一下形状记忆合金、TMCP等，旁征博引一下，论文很简单
导读
利用电子背散射衍射研究了一种新开发的镁-稀土合金在瞬时热反挤压过程中的微观结构演变，获得了具有弱织构的等轴细晶粒微结构。晶粒细化主要归因于热反挤压过程中的不连续动态再结晶（DDRX）和连续动态再结晶（CDRX）过程。在初始变形阶段形成的孪晶界有效地增加了高角晶界（HAGBs）的数量，为新的晶界核提供了位置，从而改善了DDRX工艺。由于在773 K的相对高温和高应变率下的有效动态回复(DRV)，在晶粒内部也观察到了以低角晶界(LAGB)为特征的CDRX过程。此后，在CDRX过程中，LAGB网络通过亚晶粒渐进旋转转变为HAGB网络。
镁及其合金具有低密度、高比强度和高比刚度等特性。然而，镁合金，尤其是稀土镁合金，具有的主要缺点是较差的低温塑性。其具有的唯一无热且易激活的基底滑移不符合5个独立滑动系统标准。另外，拉伸孪晶在低温下具有低临界分解剪切应力，只能积累到 10%的有限应变。
除了滑移和孪晶，动态再结晶(DRX)在镁合金热变形过程中对细化粗大晶粒和避免微裂纹的形成有重要作用。已有研究多集中于低堆垛层错能镁合金(SFE)中DDRX的常规机制上，该机制分为晶粒成核和生长两个独立的阶段。然而，由于不同的成核时间和早期成核的DRX晶粒的部分动态晶粒生长，均匀微结构的DRX晶粒尺寸分布并不容易实现。高应变率下，CDRX也能在低SFE镁合金观察到，且出现一种使DRX晶粒的取向几乎与CDRX镁合金的母晶粒的取向相当的织构。与纯镁相比，其基础织构较弱。因此，具有小晶粒尺寸和弱织构的均匀DRX晶粒微结构是可行的，并且需要使用热变形进行进一步研究。
采用热间接挤压、等通道转角挤压和多向锻造等剧烈塑性变形方法来获得超细晶粒组织。热间接挤压形成了均匀的流动模式，因为没有摩擦诱发的热量产生，合金可以通过DRX [21，22，23]经济地生产成细晶粒微观结构。然而，这一过程中的DRX机制还有待系统研究。
常用的镁合金，如镁铝系列合金，高温力学性能较差，严重限制了其应用。稀土元素是目前提高镁合金高温力学性能最有效的合金元素，可以细化微观结构，形成高熔点相，并与镁合金形成固溶体，从而改善这些合金的高温力学性能。Sm是镁基体中Ce基团固溶度最高的元素，接近镁的原子尺寸，可与镁形成多达五种二元化合物。Sm在镁中的固溶度也随着温度的降低而降低，因此在镁合金中具有良好的强化效果。然而，对含Sm和高Gd稀土镁合金热变形行为的系统研究很少。
基于此背景，日本东北大学联合国内河南 科技 大学的团队选择Mg– GD– Sm– Zr合金，利用电子背散射衍射(EBSD)系统地研究了热反挤压过程中各种应变对合金晶粒细化的影响，并讨论了热反挤压过程中的DRX机制。相关成果以题为“Grain refinement and weak-textured structures based on the dynamic recrystallization of Mg–––– alloy”发表于镁合金期刊《Journal of Magnesium and Alloys》。
在瞬时热反挤压过程中，合金的粗晶组织明显细化，获得了具有弱织构的均匀微结构。
DRX的范围随着应变的增加而增加，并在最高应变处达到最大值。由EBSD数据获得的KAM和GAM图被用于区分DRX和SRX颗粒与变形颗粒。在第Ⅵ阶段观察到典型的不含SRX粒子的DRX。
镁合金中的两种主要孪晶类型在初始变形阶段被激活，即86 { 10–12 }拉伸孪晶和56 {10–11}压缩孪晶。两种晶界为DDRX晶粒原子核提供了更多的位点。除此之外，随着晶粒中LAGBs逐渐转化为HAGBs，CDRX过程中还涉及亚边界取向差的循序渐进。通过结合DDRX和CDRX工艺，获得了弱织构的细晶粒微结构。
综上，文中揭示了新型Mg––––合金的晶粒细化是通过瞬时热反挤压实现的。讨论了活化孪晶的影响和热变形后细化DRX微结构的判据，同时阐述了热反挤压过程中晶粒DRX过程的机理。
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科普：铝镁合金材料具备什么特性？
镁合金成形技术研究进展熊守美1 , 苏仕方2(11 清华 - 东洋镁铝合金成形技术研究开发中心 , 清华大学机械工程系 100084 ; 21 中国机械工程学会铸造分会 ,辽宁沈阳 110022)摘要: 镁合金材料及其成形技术的研究和开发对于扩大镁合金在我国的应用具有十分重要的意义。根据第四届中国国际压铸会议论文资料, 综述了国内外镁合金材料及其成形技术的的国内外发展趋势, 包括材料、成形技术及数值模拟等, 展望了镁合金的开发与应用前景。关键词: 镁合金; 材料; 成形技术; 数值模拟中图分类号: TG24912 ; TG14612 2 文献标识码: A 文章编号: 100124977 (2005) 0120020204+Research Progress on Processing Technologyof Magnesium AlloysXIONG Shou2Mei1 , SU Shi2Fang2(11Tsinghua2TOYO R &D Center of Magnesium and Aluminum Alloys Processing Technology , Departmentof Mechanical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China ; 21Foundry Institution of ChineseMechanical Engineering Society , Shenyang 110022 , Liaoning , China)Abstract : Research and development of magnesium alloys and their processing technology are of greatimportance in promoting domestic applications of magnesium alloys in China. Based on the conferencepapers of the 4th China International Die casting Congress & Exhibition , this paper reviewed the trend ofresearch and development of magnesium alloys and their processing technology at home and abroad , in2cluding materials development , processing technology , and numerical simulation technology , etc. At thesame time , the prospect for magnesium applications was also : magnesium alloy ; materials ; processing technology ; numerical simulation镁合金正被广泛用于汽车、航空、电子以及消费原因 , 使它难以作为关键零部件 (如发动机零件) 材品工业中的各种结构件。尽管这些应用的增长主要受料在汽车等工业中得到更广泛的应用。同时镁合金密重量减轻的驱动 , 但是 , 镁合金的其它优点也起着重排六方的晶体结构决定了其塑性变形能力较差 , 如何要的作用。其一 , 是它们对压铸工艺的独特适应性 ,解决这一问题是镁合金应用的关键之一。针对上述问可以高速生产近终形零件; 其二 , 优良的模具寿命所题 , 研究人员取得了以下进展。节约的生产成本 , 可以弥补其原材料价格比铝合金稍111 压铸镁合金材料开发贵的不足 , 增强与压铸铝合金的竞争力; 此外 , 极好针对商用压铸镁合金抗高温蠕变性能较差的现状 , 以的可加工性能和减振性能也是镁合金具有的重要性AZ 91 合金为基准合金 , 一汽铸造研究所的研究人能。中国现在是世界上最大的镁生产及出口国 , 但镁员〔1〕进行了抗高温蠕变压铸镁合金的开发。论文讨合金在中国工业 , 尤其是汽车工业中的应用仍很有论了稀土元素 Ce , Y, Nd 以及 Ca 和 Si 的添加对压限。因此 , 深入开展镁合金及其成形技术的研究开铸镁合金在常温拉伸性能以及 150 ℃条件下的蠕变行发 , 对于扩大镁合金在中国工业中的应用具有十分重为 , 显微组织的影响 , 以及对表面处理和腐蚀试验的要的意义。影响 , 并进行了实际产品的生产。在第四届中国国际压铸会议的 50 余篇学术论文该文综合考虑合金的化学成分、合金元素的固溶中 , 涉及镁合金及其成形技术的相关论文、学术报告度、各种金属间化合物 , 在保持 AZ 91 合金基本成分有 10 余篇 , 本文将从镁合金材料、成形工艺 , 镁合不变的条件下 , 设计了四组试验合金进行考查。采用金熔体保护及镁合金成形过程数值模拟等方面总结会挤压的方法试制了 30 种成分合金试棒 , 对试棒的常议论文所涉及的相关领域的研究进展。温力学性能和腐蚀行为进行了测试 , 并初步考查了铸造性能和蠕变抗力。通过试验 , 开发的新合金性能接1 镁合金材料研究近德国大众公司开发的 MRI2153 合金 , 合金工艺性能耐热性及疲劳性能是阻碍镁合金广泛应用的主要与 AZ 91 合金相当 , 可以采用与 AZ 91 合金相同的生收稿日期: 2004211220 收到初稿 , 2004211229 收到修订稿。作者简介: 熊守美 (1966 - ) , 男 , 湖北麻城人 , 博士 , 博士生导师 , 主要从事压铸工艺和技术方面的研究。E2mail: smxiong @tsinghua1edu1cn铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·21 ·产工艺。在采用沈阳应用化学研究所低成本的电解镁造四大方面为主。其中压铸仍为最主要的成型工艺 ,- 稀土中间合金情况下 , 有效地控制了成本。在蠕变我国镁合金压铸件产量由 1995 年的 1 562 t 提高到试验中发现 , Mg2Al2Re2Zn 体系中的强化相 Al11Ce3 在2002 年的 4 950 t , 7 年里产量增长了 2 倍多 , 平均少量 Ca 存在下稳定性可以进一步提高。Nd 和 Y的添年增长率达 18 %。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、加不会使 AZ 91 合金的晶粒度改变 , 但可以产生固溶铸钢件 , 甚至代替铝压铸件 , 正成为制造业特别是汽强化 , 具有极佳的蠕变性能。车制造业的发展趋势〔4〕。112 压铸镁合金的低周疲劳行为研究211 镁合金压铸沈阳工业大学的研究人员〔2〕通过试验发现: 压目前 , 镁合金压铸工艺的研究热点主要集中在两铸态 AZ 91 疲劳寿命最低; 在高应变幅条件下 , 压铸大方面: 镁合金压铸零件的开发设计和镁合金压铸工态 AM50 + Nd 疲劳寿命高于镁合金 AZ 91 , 在较低艺的完善创新。随着模具设计水平和压铸零件性能的应变幅条件下 , 压铸态 AM50 + Nd 的寿命要低于经提高 , 镁合金压铸件的应用领域已经从传统的笔记本过固溶处理的 AZ 91 的疲劳寿命; 经过固溶处理的电脑外壳、手机外壳等表面覆盖件发展到了发动机支AZ 91 镁合金的过渡疲劳寿命明显高于压铸态 , 压铸架、轮毂、框架件等受力部件以及安全部件。态 AM50 + Nd 镁合金的过渡寿命要高于压铸态 AZ相应地 , 为了满足不断提升的零件性能要求 , 随91。经过固溶处理以后 AZ 91 中的β相消失 , 使材料着材料科学和其他科学技术的进步 , 在传统压铸工艺的延展性增加 , 循环硬化程度有所降低。的基础上衍生出了真空压铸、充氧压铸、超低速压铸113 镁合金的铸态组织研究等诸多分支技术。其中真空压铸以其极低的铸件含气镁铝合金在未经变质处理时 , 铸态下晶粒尺寸可量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到达 3 ×10 ～5 ×10 m , 组织很粗大。合金的组织决2424了高度重视和大力发展。众所周知 , 压铸件的气孔问定性能 , 性能决定合金的应用 , 以往镁合金的组织控题是限制其性能提高的主要瓶颈。真空压铸在传统压制主要是为了提高其塑性变形能力。因为镁合金为密铸工艺周期上耦合真空系统抽除型腔气体 , 是一种减排六方 , 这就决定了其塑性变形能力较差。而实践证少压铸件气孔 , 去除铸模内气体和润滑剂蒸汽的有效明 , 细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力。而方法。目前研究的热点是如何在型腔内得到更高的真半固态触变成形也要求初始的铸态组织应为细小的等空度 , 及相应的模具密封工艺。高真空压力铸造得到轴晶组织 , 因此如何控制镁合金的组织是镁合金半固的零件不仅可以大大降低微孔和气孔等铸造缺陷 , 还态成形的关键之一。可以进行热处理和压铸焊接〔5〕。常用的镁合金组织控制工艺主要有液态处理法和沈阳工业大学的研究人员〔6〕研究了压铸镁合金固态处理法两大类。液态处理法由于简单、易于实轮毂缺陷的产生原因 , 通过对浇注系统和零件结构的现 , 不外加额外设备等 , 在工业应用中具有广阔的空改进及压铸工艺参数的调整 , 有效地仿真了缺陷的产间。液态处理法包括添加晶粒细化剂法、过热处理生 , 明显改善了压铸镁合金轮毂件的质量。法、熔体搅拌法两大类。固态处理法包括等静角压清华大学的研究人员〔7〕与一汽合作 , 系统地研(ECEA) 法、大比率挤压法和铸造粉末法。但对以究了各种压铸工艺参数对镁合金压铸件质量的影响规上这些方法的机理还不是很清楚或是方法正处于试验律 , 成功开发了一汽集团首件镁合金压铸件并投入实阶段。对镁合金的组织控制机理缺乏了解 , 产生了一际生产。目前 , 正进行镁合金真空压铸及超低速压铸些混淆 , 导致工业中对镁合金的组织控制主要依靠经的实验研究。验的方法〔3〕。到目前为止 , 对镁合金组织控制的研212 低压铸造究 , 主要集中于外来质点对形核的促进作用、抑制晶低压铸造由于其充型过程的平稳性和良好的排气粒生长的作用和溶质对形核率的影响。在镁合金熔体性能 , 被广泛应用于轮毂等对铸件缺陷较为敏感的零中加入少量的孕育剂 (MgCO3、C2Cl6、FeCl3 等) 或件制造。而传统低压铸造工艺所采用的压缩空气 , 由溶质原子 (Zr、Ca、Sr、RE 等) , 能细化镁合金的铸于气体纯度不够及氧的分压过高所造成的氧化和吸气造组织并改变沉淀物的形貌 , 提高镁合金的力学性等问题会造成铸件的氧化夹杂、微裂纹、缩孔和缩松能 , 改善压力加工性能。但是 , 镁合金组织细化的研等铸造缺陷 , 限制了低压铸造的推广。采用电磁泵充究和应用远不如铝合金的深入 , 值得进一步研究。型的低压铸造新工艺技术 , 以电磁泵充型技术为核心 , 在加压充型和保压时 , 采用非接触式的电磁力直2 镁合金成形技术研究开发接作用于液态金属 , 实现了铝液的平稳输送和充型 ,当前 , 镁合金的成型工艺仍然以 压 力 铸 造并防止由于紊流所造成的二次污染 , 得到了较高的铸(HPDC) 、低压铸造 (L PDC) 、挤压铸造和半固态铸件质量。同时引入计算机控制系统 , 提高了工艺执行Jan. 2005·22 ·FOUNDRYVol154 No11的准确度 , 也使生产效率得到了提升〔8〕。此外 , 由体保护原理的基础上 , 讨论了各种混合气体保护的缺于电磁泵低压铸造工艺所采用的开环控制方式对控制点 , 研究了不同配比、不同的温度和操作条件下精度具有较高的要求 , 针对工艺参数的测定和电磁设HFC2134a 气体对液态镁合金的保护效果 , 并且研究备的开发也展开了一系列研究工作〔9- 10〕。了相关工艺参数和防护工艺。研究结果认为 HFC2213 半固态铸造134a 气体相对于 SO2 和 SF6 具有更优良的保护特性 ,半固态铸造工艺自诞生以来一直受到了广泛的关可作为镁合金熔体气体保护的一种优先选择。注 , 处于研究的前沿。由于该项技术对设备依赖性较4 镁合金压铸过程数值模拟大 , 目前研究重点主要集中在设备性能的提升和完善上。新开发的第二代触变成形机 , 最高射出速度达到在镁合金压铸生产过程中 , 液态或半固态的金属5 m/ s , 其螺杆、套筒等关键部件采用新型合金 , 耐在高速、高压下充型 , 并在高压下迅速凝固 , 容易产高温及热传导性能有所提升 , 锁模机构的刚性和速度生气孔等铸造缺陷。由于镁合金压铸充型速度比铝合得到加强 , 降低了能耗 , 得到了更高的铸件质量和生金更高 , 凝固速度更快 , 因此 , 镁合金压铸对模具的产效率〔11〕。与此同时 , 针对触变成形法的研究也促流道系统及热平衡设计提出了更高的要求。充分了解使了一批新技术的投入使用 , 如热流道系统、长喷嘴充填过程的流动和换热规律 , 设计合理的铸件、铸型技术、触变成形锻压工艺等。结构及浇注系统 , 选择恰当的压铸工艺参数 , 不仅可214 挤压铸造以降低铸件废品率 , 提高铸件质量和生产效率 , 而且挤压铸造在镁铝合金材料领域 , 以其高铸件质可以延长模具的使用寿命。数值模拟方法为解决上述量、高力学性能和高致密度得到了密切的关注。挤压问题提供了有效的手段。通过压铸充型过程流场、温铸造可以使任何壁厚的零件进行固溶热处理 , 从而得度场的数值模拟 , 能够较准确地表达压铸充型过程的到高于常规压铸的力学性能。另一方面 , 挤压铸造可流动和传热规律 , 实现理想的型腔充填状态及模具热以利用在凝固过程中加压的方法 , 得到优于低压铸造平衡状态 , 预测可能产生的卷气、冷隔等缺陷 , 进而的铸件致密结构。同时 , 挤压铸造和半固态铸造的密优化压铸工艺 , 对实际压铸生产具有重要的指导意切联系也使这项技术处于研究的热点。目前挤压铸造义。因而 , 计算机模拟仿真技术被广泛用于镁合金压面临的主要问题是对技术和过程控制要求过高 , 要求铸件的模具设计及工艺分析。的投资比较高。目前的研究重点主要集中在挤压顶清华大学的研究人员〔4〕长期从事压铸过程模拟针、吸热棒的运用 , 挤压位置的选择 , 工艺参数的控仿真技术的研究工作 , 并成功将模拟仿真技术用于镁制等方面〔12〕。合金压铸件的模具设计优化、热平衡分析及模具热应挤压铸造既可以采用专用设备进行生产 , 也可以力和变形的分析。同时 , 特别对压室中的液态金属流在常规压铸机上进行。他解决了传统压铸机不能生产动进行了模拟 , 系统地研究了低速压射速度及压室充厚大件 , 压铸件普遍存在的缩孔缩松问题 , 可生产各满度等参数对压室中的气体卷入 , 并在此基础上提出种不同强度和流动性的合金 , 简化了压铸模具设计的了低速压射的优化工艺。思路 , 降低了简单零件的压铸模具成本 , 使得中小批沈阳工业大学的研究人员〔15- 16〕采用 FLOW3D量零件使用压铸工艺生产变成可能。以挤压铸造技术对不同镁合金铸件的充型过程及凝固过程进行了模拟为基础 , 对常规铸造、低压铸造和传统挤压铸造机进分析 , 为镁合金压铸件模具设计及预测缺陷位置提供行的改造为挤压铸造技术的推广做出了贡献〔13〕。了理论指导 , 有效地提高了镁合金压铸件质量及降低模具设计成本。3 镁合金熔体保护5 结束语镁及镁合金的气体保护熔炼技术是目前生产高纯度、高品质镁合金的技术关键。20 多年前 , 在熔炼随着镁合金压铸件的广泛应用 , 提高其压铸性能镁和镁合金时采用 SF6 做保护气体 , 是当时镁工业界和抗高温蠕变性能已成为当前重要的研究课题。我国最大的进步。因为它消除了以前使用 SO2 和熔剂熔的稀土资源丰富 , 稀土镁合金的性能优良 , 开发具有炼所产生的大多数问题。但到了 1990 年 , SF6 和类中国特色的压铸稀土镁合金 , 提高其抗高温蠕变性似物的高温室效应 (是 CO2 的 24 000 倍 , 并能在大能 , 具有重要意义。气中长期存在 3 200 年) 迫使镁工业用户必须寻找技压铸是镁合金最主要的成形工艺 , 为了进一步提术上可行 , 经济、环保的替代保护气体。寻找 SF6 的高镁合金零件的的质量及扩大镁合金的应用领域 , 应替代保护气体是目前镁工业界的一个重要课题。积极开展一些新的成形工艺方法 (如真空压铸、超低华北工学院的研究人员〔14〕在论述镁合金熔体气速压铸、挤压铸造、半固态铸造等成形方法) 的基础铸造熊守美等: 镁合金成形技术研究进展·23 ·研究工作。镁合金成形技术对工艺过程提出了更高的四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 ,要求 , 采用数值模拟技术可以优化成形工艺 (模具设2004. 35 - 39〔9〕 许音 , 彭有根 , 杨晶. 直流电磁泵低压铸造系统工艺参数测定计) , 控制模具热平衡 , 提高产品质量和降低废品率。〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 84 - 88参考文献:〔10〕 刘云 , 杨晶 , 党惊知. 磁铁结构参数对电磁泵磁场强度的影响〔1〕 刘海峰 , 佟国栋 , 侯骏 , 等. 含稀土抗蠕变压铸镁合金的开发〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 103 - 108出版社 , 2004. 145 - 155〔11〕 李博文. 新一代触变成形机特点〔A〕. 第四届中国国际压铸会〔2〕 申健 , 洪成森 , 李锋 , 等. 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镁合金材料特点主要在如下七个方面：
（1）镁合金的比重小，是目前最轻的结构材料之一，密度在之间，约为铝的64%钢的23%镁合金比强度明显高于铝合金和钢；
（2）阻尼性能好，适合于制备抗震零部件。镁合金具有良好的阻尼系数，有利于减震和降低噪音；
（3）镁合金具有良好的铸造性和尺寸稳定性；
（4）切削加工性能优良，其切削速度大大高于其他金属；
（5）镁合金具有较好的热导性、热稳定性、抗电磁干扰性、屏蔽性能；
（6）镁合金可回收利用，回收成本低，回收利用率高；
（7）由于镁在液态下容易剧烈氧化、燃烧，所以镁合金必须在溶剂覆盖下或者在保护气氛中熔炼。
资料来自百业网络关于镁合金的主要特点及应用的介绍！
镁是最轻的结构金属。几种常用结构金属的密度（g·cm-3）(20o)如下： AL Mg Ti Fe Cu 可见镁的密度约分为Al,Ti,Fe,Cu的64%，39%，22%，19%。由于镁的密度小，它的合金也以质轻著称。一般镁合金的密度在·cm-3以下，镁，锂合金的密度低于镁 ·cm-3.某些超轻型镁.锂合金密度甚至低于1,比水还轻.镁得镁和金的低密度使其比性能提高.例如,20o时的弹性模量为45Gpa,比铝(70Gpa)和Ti(120Gpa)的低,但三者的比弹性模量相同(～26Gpa).镁和镁合金质量小的特点,使其在交通运输、航空工业和航天工业上具有巨大的应用前景.镁的熔点为 651℃,沸点为1107℃.镁的蒸气压很高,627℃时为℃时为,因此镁铍极易挥发.镁原子最外层的两个电子很易失去,是很活泼的金属.常温下镁能与F、CL、BR、I等元素作用生成相应化合物.加热时镁能与硫、氮作用生成MgS和Mg3N2。在空气中镁会慢慢氧化,失去银白光泽而变黑.若温度提高至400℃以上,镁的氧化速度增快,超过500℃以后氧化速度更快,会着火燃烧,此时会生成氧化镁和少量氮化镁.镁燃烧时会发出非常强烈的光亮.镁的这一特点,颇受人们的青睐.早期就被利用于摄影照明,给人们留下美好的形象和记忆.战争时期,被用来制造照明 弹,把战场和目标照明得如同白昼.又被用于制造燃烧 弹,点燃战区的物资装备,杀伤对方有生力量.人们还利用镁的这一特点,将镁粉、铝粉和其它原料制成烟花.每当节庆的夜晚,随着阵阵悦耳响声,人们可以看到”嫦娥奔月””天女散花”……各种形色的烟花在夜空飞舞,多彩多姿,给人们带来极大的欢乐.顺便提一下,镁的这种”牺牲自我””乐于助人”精神处处可见.例如它仗着活泼的电化学性质做了牺牲自我的阳极,保护着其它的金属和设备.它又作为原电池阳极,耗尽了自己,照亮了他人.由于化学活泼性高,金属镁是耐腐蚀性能最差的金属之一.在酸性、中性和弱碱性溶液中它都会受到腐蚀而变成Mg2+离子.各种类型大气均会对镁产生程度不同的腐蚀作用.在干燥的空气中,它的表面上形成一层暗淡的的疏松多孔氧化膜,在潮湿大气中,生成的产物组成大致为Mgco3·3H2O+Mgso4·7H2o+Mg(OH)2.大气湿度增加,工为地区和海洋环境的大气中所含的二氧化硫和氯化物等物质,能加重镁的腐蚀.镁中氯化物杂质及铁杂质也会加速镁的腐蚀.因此,工业生产的镁锭必须镀膜钝化,涂油及以蜡纸包覆. 镁是地壳中分布最广的元素之一,占地壳重量的,为第四个最丰富的金属元素(位于Al、Fe、Ca)之后.在自然界中镁只能以化合物的形态存在.在已知的1500多种矿物中,含镁矿物的有200多种,主要为碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐、氧化物.海洋及盐湖中的镁比陆地上更多,是镁的主要来源.海水中含有10多种元素,镁的含量排第三,位居Na、K之后.海水中含镁每立方千米海水中有130万t镁,相当于世界镁年消耗量的4倍(见表)盐湖水的镁浓度比海水更高.以东以色列、约旦之间的”死海”(实为另一内陆湖),受到千万干旱气候的造化,湖水极浓,含镁竟高达4%.仅此一处的镁,就能满足全世界万年的需要. 纯镁不适合做结构材料.作为结构材料应用的镁主要是镁合金和铝－镁合金.全世界约有千种铝合金牌号,若按化学成份归类的话,约为300多种.这300多种铝合金几乎都含有镁,其中以镁作为主要添加剂的铝－镁合金(镁含量最高为)约为40种.全世界各国镁合金品牌共有200多种,这些品牌按化学成份可归为30多种.共中变形镁合金黄色10多种,铸造镁合金20多种,铸造镁合金主要有以下3个体系. 1) 镁－铝合金.这种合金自第一次世界大战被德国使用以来,成了最广泛使用的铸造镁合金的基础.大部份含有8%～9%的铝及少量的锌(使拉伸性能有某些提高)和锰(改善抗蚀性)2) 镁－铝－锌合金.镁－铝合金中加锌会产生一定的强化作用,其中高含锌量的合金具有很吸引人的压铸特性.如Mg－8AL－8ZN,具有足够大的流动性.,可用于压铸件,而且流动性和抗蚀性超过传统铝－锌合金.3) 含锆镁合金.锆能细化晶粒,改善镁合金的拉伸性能,提高镁合金蠕变能力,以满足航空和航天工业的需要.属于这一系列的合金有镁－锌－锆合金,镁－稀土－锌－锆合金,以及镁－钍系为基和镁－银系为基的含ZR合金.这种含稀土金属和或含钍的合金都可焊.钍也能改善铸造性能.银可以进一步提高拉伸性能.一些铸造镁合金的性能示于表.镁是立方晶格的金属,可以承受的形变量有限(特别是在低温下).其变形材料主要在300～500℃温度范围内通过挤压、;轧制和压力锻造进行生产.变形合金可以按照它们是否含锆而分成两类.按照变形产品种类可分为三类:1薄板和厚板轧制金.如AZ31(Mg-Al-Z系),ZM21(Mg-Zn-Mn系)和ZE10(Mg-Zn-RE系),这三种合金都可焊,后两种强度较低.LA141A(Mg-Li-Al)等也属这一类,前面已作详细介绍.属于这一类的还有含钍的HK31(Mg-Th-Zr系)以及随后研制的HM21(Mg-Th-Mn等),它们的高温强度更高.2挤压合金.这类合金含铝量大多在1%～8%之间.镁合金都具有密度小的特点，特别是某些镁-锂合金（见前），密度甚至低于1。美英俄等国正在研制含钇镁合金。一种合金，其密度小于·cm-3 ，抗拉强密度420Mpa， 屈服强度360Mpa，比现有任何一种变形镁合金的都高，同高强度铝合金强度相当。 镁铝合金又名铝镁合金，分子式：Mg4Al3分子量：颜色为灰褐色，比重约为，熔点463℃，燃烧时产生的温度达2000℃-3000℃。在烟花生产过程中起着非常重要的还原剂作用，也可作为白光剂和照明剂。镁铝合金是用镁锭和铝锭在保护气体中高温熔融而成。长期以来关于镁铝合金的结构有两种说法。一种说法是镁铝合金是简单物理混合；另一种说法是镁铝合金内部改变了晶体结构，不是简单的物理混合。镁锭和铝锭在高于1150K时，部分铝与空气中的氧气反应，生成a-Al2O3,氧化铝的此种晶体化学性质呈惰性，起着屏障、隔离作用。低于1150K时，生在B-Al2O3而这种晶体与酸反应，保护不了内部的镁铝合金。标准的镁铝合金中镁、铝的含量各约为50%。活性铝含量的多少对烟花的安全生产和产品的质量有很大的影响。但是现在生产镁铝合金的企业多为私营企业，近几年来铝锭比镁锭贵，受利益的驱动，大多未按国标生产。现在镁铝合金粉中铝的含量普遍低于50%，有的铝含量低到了40%。镁含量的增加使得镁铝合金的性质接近镁粉的性质，使得烟火 药的撞击感度、摩擦感度增加，烟火剂更加敏感，从而增加隐患。我们可能以用下面的化学机理来检验镁铝合金中铝的含量。1、盐酸与镁铝合金的反应Mg+2HCl=MgCl2+H2↑2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑2、混合溶液与氢氧化钠溶液反应（混合溶液中滴几滴石蕊或酚酞试剂作指示剂，以避免氢氧化钠过量）MgCl2+2NaOH=2NaCl+Mg(OH)2↓AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3↓3、过滤、烘干、称重，重量为G1克4、氢氧化铝与过量的氢氧化钠反应Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O5、未反应的为氢氧化镁。过滤、烘干、称重，重量为G2克镁铝合金的中铝的含量 Al%=(G1-G2)/G×规定了镁铝合金中铝的含量的范围为47-53%，铝含量低于这个范围镁铝合金容易引起质量事故和安全事故，应慎用。镁锭在镁铝合金中的应用：镁铝合金由镁锭和铝锭在保护气体中高温熔融而成，其组成有：简单的物理混合与已改变晶体结构的物理混合两种说法。
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本论文以铸造镁合金AZ31为材料,进行了搅拌摩擦焊接试验。通过大量试焊确定了最佳工艺参数(S=1500r/min,F=50mm/min,Z=)。在最佳参数下,通过热电偶测温试验(包括焊缝中心的布点)、拉伸试验(包括横向及分层切片)、显微硬度试验及金相显微试验从试板三维几何方向(横向,纵向,板厚方向)系统地研究了搅拌摩擦焊接温度场变化规律,宏观及微观组织,接头的力学性能。研究结果表明:FSW接头实际上具有“三维不对称梯度特征”,即在接头的三维几何方向,其温度场、塑性流变和形变,以及接头的形貌和组织性能都表现为不对称的梯度结构。从纵向上看,焊接起始阶段的峰值温度较低,且存在温度平台,稳定阶段峰值温度较高,结束阶段峰值温度最高;在试板厚度方向,试板上表面峰值温度最高而下表面的最低;前进侧的温度高于后退侧。在焊缝中心,温度沿着轴肩径向线性增加。整个试板最高温度出现在结束阶段的前进侧的轴肩边缘,为446℃。接头组织在横向及板厚方向差异显著,横向上看,焊核区呈现细小的动态再结晶组织;两侧的热机械影响区由弯曲而拉长的晶粒组成。前进侧界限明显,而后退侧界限模糊,部分材料由后退侧向前进侧流动;热影响区组织与母材相似,只是略有长大。从板厚方向上看,最上表面分布着极细小的晶粒,晶粒度为级,其下面晶粒呈层状分布,再下面是细小均匀的等轴晶,最下端组织紊乱,晶粒大小极不均匀。前进侧的热机械影响区为接头最薄弱的区域,断裂方式为韧脆混合型断裂。从纵向看,接头中间端的强度最高,起始端和结束端较低;从板厚方向看,抗拉强度从上到下呈减小的趋势。总体上看,显微硬度曲线呈“W”形。前进侧焊核区硬度最高,热影响区和热机械影响区硬度值最低;前进侧和后退侧沿焊缝中心不对称;从试板上表面到底面硬度呈减小的趋势;起始端硬度较高,中间端较低,结束端最低。
查样本中，形状250x150x25毫米板 使用。结果提出的关注X射线显微分析定性和定量以及定性和定量的X射线衍射法，拉伸试验，硬度测量。在分析了合金的结构α ％固溶和脆弱的阶段β （ Mg17Al12 ）主要发生在粮食的边界以及共晶和阶段AlMnFe ， Mg2Si 。进行调查的理由，化学成分的影响力和降水过程影响的结构和力学性能的镁合金具有不同的化学成分和铸造合金热处理后。 在当代的发展阶段工程思想和产品技术本身，材料工程已经进入了一段新的可能性的设计 和制造的内容，采用新的方法，熔炼，铸造，成型，热处理铸造材料，寻找更广泛和更广泛地应用在许多行业 分行。工程师的就业要求重大支出的劳动和努力降低成本消耗。因此，发展工程的目标是优化设计，减少尺寸，重量，并延长设备的使用寿命以及提高其可靠性