铸造镁合金是以镁为基加入合金化元素形成的适于用铸造方法生产零部件的镁合金。按成形工艺,镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金,两者在成分、组织性能上存在很大差异。铸造镁合金主要用于汽车零件、机件壳罩和电气构件等;变形镁合金主要用于薄板、挤压件和锻件等。
铸造镁合金具有如下特性:结晶温度间隔大,体收缩和线收缩大,组织中的共晶体量、比热容、凝固潜热、密度以及液体压头均小,流动性低,拉裂、缩松倾向一般较铸造铝合金大得多。
铸造镁合金是目前应用多的镁合金,其铸造方法主要有:砂型铸造、模铸造、半模铸造、熔模铸造、挤压铸造、低压力铸造和高压铸造等。铸造镁合金主要应用于汽车零件、 机件壳罩和电器构件等。 铸造镁合金多采用压铸工艺生产, 其主要特点是生产、精度高、表面质量好、铸态组织优良、可生产薄壁及复杂形状的构件等。
随着轻质结构材料在航空航天、及汽车等重要工业领域中的大规模应用,镁合金以其低密度、的特点受到科研人员的高度重视,并得到企业界的关注。在镁合金体系中,相比于传统的镁铝系和镁锌系合金,以稀土为主要合金元素的镁稀土合金具有更高的强度和抗蠕变性能,因而其作为结构材料在上述关键领域具有广泛的应用前景。基于上述需求,近年来国内外学者开发了一系列的镁稀土合金材料,并开展了相关的制备、加工技术和应用研究,取得了较大的进展。但在镁稀土合金开发和应用过程中,仍遇到一些困难及技术瓶颈难题,主要表现在材料的成分设计、熔体纯净化与细化、材料制备与成型加工技术及产业化应用等方面。近日上海交通大学轻合金精密成型中心丁文江院士、吴国华教授与江苏大学材料学院汪存龙博士及上海理工大学材料学院孙明博士等人系统综述了铸造镁稀土合金的研发与应用概况。该文主要针对镁稀土合金的材料设计、熔体纯净化与细化、材料液态加工技术、镁稀土合金的产业化应用等进行了详细的综述。(1)镁稀土合金材料体系的开发稀土元素(RE)通常分为两类,即轻稀土和重稀土,已经开发的高强耐热Mg-RE系合金主要以重稀土为主,例如Mg-Gd,Mg-Y,Mg-Nd,Mg-Dy,Mg-Sm等。上述新近开发的Mg-RE合金具有与常规Mg-Al或Mg-Zn系列合金相当的密度但力学性能得到大幅度提高;而与铸造Al合金相比,其具有相当的强度和更低的密度;因而镁稀土合金具有兼具高强度和低密度的优势。常见的铸造铝合金和镁合金的屈服强度和抗拉强度随轻金属密度变化的示意图如图1所示。由于Mg-Gd和Mg-Y合金具有很强的时效硬化能力和潜在的实际加工潜力,因此成为研究多的合金,而现有的镁稀土合金也主要基于此两种体系。
镁合金是一种节能、环保新型结构材料,质量轻、硬度大,在强度、刚度、制造性、加工方式、导热性、稳定性等方面,与传统材料相比都具有明显的性能优势,已发展成为除钢铁、铝合金之外的第三大金属结构材料。通过对镁合金的常见焊接技术进行分析研究,择优选用熔化极惰性气体保护焊进行试验研究验证,具体阐述了试验用镁合金板材的熔炼铸造,以及焊接过程中接头对接形式、焊丝选用、焊接电流设置、焊接速度、气流量、焊后热处理等焊接关键技术,后对焊接接头的外观、力学性能及硬度进行测定,综合分析后表明镁合金根据文中焊接关键技术进行焊接操作,可以取得良好的焊接效果。
随着科技的发展与社会的进步,节能、环保是当前及未来较长一段时间的主要发展课题。新型材料,尤其是某些有色金属合金材料,如:镁合金,在强度、刚度、制造性、加工方式、导热性、稳定性等方面,与传统材料相比都具有明显的性能优势[1]。因此,镁合金在航空、军事、民用器械等制造加工领域应用越来越普及,如航空航天的飞机变速箱、天蓬框架、发动机箱体,以及人们体育运动使用的网球拍、办公使用的打印机滚筒、核电站使用的核燃料零件箱等,都广泛使用了镁合金结构材料[2]。目前,镁合金已经成为除钢铁、铝合金之外的第三大金属结构材料[3]。
镁的化学性质非常活泼,在熔炼和浇注过程中容易与环境中的水气等发生反应产生氢气、氧化物,导致缩松、缩孔、夹杂等铸造缺陷产生。根据Pilling Bedworth理论,Mg生成的氧化膜的体积比例系数(RPB)<1,属于疏松型,对熔体不能起到有效的保护作用。含Er镁合金在熔化的时候,由于Er与氧的亲和力更大,将生成稀土氧化物Er2O3,在熔体表面形成较致密的氧化膜,体积比例系数>1,能够有效减少熔体的氧化夹杂。通过热力学分析可知,Er与熔剂中的MgCl2具有较强的交互作用,在熔化和精炼过程中,Er会与熔体中的过剩MgCl2发生还原反应,生成ErCl3,并沉降,有效地抑制合金中的熔剂夹杂。此外,Er会与镁熔体中析出的氢气反应,生成密度较高的高熔点化合物ErH2,下沉后成固体渣,从而减少疏松和夹杂。浇注过程中,稀土氧化物Er2O3所形成的致密氧化膜可以有效地减少熔体的二次氧化夹杂。
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