镁合金变形加工.
铸造工艺必然造成镁合金内部变形原因-概述说明以及解释
铸造工艺必然造成镁合金内部变形原因-概述说明以及解释1.引言1.1 概述镁合金作为一种重要的结构材料，在航空、汽车和电子等领域有广泛的应用。
然而，在镁合金的铸造过程中，不可避免地会产生一定的内部变形。
这种内部变形可能会对材料的性能和使用寿命产生负面影响，因此了解造成镁合金内部变形的原因显得尤为重要。
铸造工艺是造成镁合金内部变形的主要原因之一。
在铸造过程中，温度的变化可能会导致热应力的产生。
当镁合金在冷却过程中迅速从高温状态转变为低温状态时，由于不同部分的冷却速度不一致，会在材料内部产生应力，从而导致变形现象的发生。
此外，快速冷却也是导致镁合金内部变形的一个重要原因。
快速冷却会使镁合金迅速凝固收缩，并且由于凝固过程中的体积变化不一致，可能会引起材料的内部应力，导致材料发生变形。
在浇注过程中，气孔和缩孔的存在也会对镁合金的内部变形产生影响。
气孔和缩孔是由于气体在浇注过程中被困在材料内部或者材料受到收缩作用而形成的。
这些孔隙会导致材料的局部应力集中，从而引起变形。
除了铸造工艺外，材料本身的性质也会对镁合金的内部变形起到重要的影响。
首先，镁合金具有较低的熔点和较高的热膨胀系数，使得在铸造过程中容易出现热应力和热收缩引起的变形。
其次，材料的非均匀性和晶粒结构也会导致内部变形的发生。
这些因素会使得材料的内部应力不均匀分布，从而引起变形。
此外，化学成分的变化和杂质的存在也可能对镁合金的内部变形产生影响。
化学成分的改变可能改变材料的热膨胀系数和熔点，导致变形问题的发生。
而存在于合金中的杂质则可能影响材料的晶粒结构和力学性能，从而导致变形的发生。
总结而言，铸造工艺必然会对镁合金的内部产生一定程度的变形。
这种变形主要是由于温度变化导致的热应力、快速冷却引起的凝固收缩以及浇注过程中的气孔和缩孔等因素所致。
此外，材料本身的性质如低熔点、高热膨胀系数、非均匀性和晶粒结构，以及化学成分的变化和杂质的存在也会对变形问题产生影响。
镁合金的冲压成形工艺
镁合金的冲压成形工艺近年来镁合金发展速度很快，每年都以20%~30%的速度增长。
镁合金广泛用于汽车、摩托车、自行车等一些交通工具领域内，采用最多的加工方法是模具冲压成形。
冲压生产相比其它成形加工方法来说，具有生产率高，操作简单，零件表面光洁，尺寸精度高，强度和刚度大等优点。
因此，特别适合于车辆的内外壳板、承载零件、散热片、挡泥板等之类零件。
它的冲压性能和成形方法有别于钢板和铝板的成型工艺。
要扩大镁合金的应用范围，研究镁合金板材冲压技术具有重要义。
镁合金的冲压成形冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。
板料，模具和设备是冲压加工的三要素。
冲压加工是一种金属冷变形加工方法。
所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。
它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工程技术。
冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。
冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。
冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。
冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。
与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。
主要表现如下。
(1)冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。
这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
（2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
（3）冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。
变形镁合金的分类、强化机制以及塑性加工
从 而 降耗 节 能 ，减 少 污 染 ，增 加舒 适 度 ；采用 镁 合 金 制造 移 动 电话 、笔 记 本 电脑 、数码 相 机 等“ ３ Ｃ ”（ 即 Ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ通 信 、 Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ 计 算机 和 Ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ消 费类 电子 ） 产 品 ，能够 显 著 增 强产 品的抗 震 能 力 ，并 能有 效 地 减 轻对 人 体 和周 围环境 的 电磁辐 射 。镁 被 誉
ＭＢ ３ 、ＭＢ５等 。Ｍｇ — Ａ１ 一 Ｚ ｎ系合 金是 发展 最早 ， 应 用 也 很 广泛 的一 类镁 合 金 。它 的主 要 特点 是 具 有 较好 的室 温 力学 性 能 ，能 够进 行 热 处理 强 化 ，并有 良好 的焊 接 性 能和 铸造 性 能 ，能够 制 成 复 杂 形状 的锻 件 和 模锻 件 。但 其 屈 服 强度 和 耐 热性 不 够 高 。铝 是 该合 金 系 中 的主 要合 金 化 元 素 ，其 主 要作 用 是 提 高合 金 的 室温 强 度 ，赋 予 热处 理 强化效 果 。从 Ｍｇ — Ａ１ 二元 合金相 图上 可 以看 出¨ Ｊ ，铝 在镁 中的 溶解 度很 大 ，在 共 晶
变形镁 合金 的分类 ＼强化机 制 以及塑性加工
郭菲菲
（ 北 京有 色金 属与稀 土 应 用研 究所 ，北 京 １ ０ ０ ０ １ ２ ）
摘 要 ：变形 镁合 金 具有 更低 成 本 、更 高强 度 、延 展性 以及 更 高 力学性 能 的特 点 ，变形 镁 合金主要可以分为镁－ 锂系合金、镁－ 锰系合金、镁一 铝一 锌系合金、镁一 锌一 锆系合金等。 镁合
镁合金的塑性变形及再结晶热处理对其组织性能的影响
4
轧制前的平均晶粒尺寸约40um， 15%压下量轧制并退火后平均晶粒
3.3 EX-AZ31B: tensile properties on different directions
TD 45
TD
orientation
σb/ MPa
σ0.2/ MPa
δ/ %
ED
280.0
200.4
13.2
ED
45°
258.0
125.2
19.0
TD
276.0
107.4
16.2
ED
350
➢ 有色金属材料制品中70%以上是板、带材，轧制变形 镁合金板材的研究和加工技术的突破对开发变形镁合 金产品有重要促进作用。
2、变形镁合金塑性变形原理
➢ 镁合金的塑性变形特征：HCP晶体结构及c/a轴比值造成镁的 塑性变形困难。
➢ 塑性变形机制：滑移、孪生、超塑性； ➢ 板材塑性加工方法：热加工、温加工、冷(常温)加工；
压下量
14
退火工艺
15%
30%
45%
55%
12
200度退火1h
8.9um
6.9um
5.8um
4.9um
10
400度退火5min
12.1um
8.2um
7.5umum
9.2um
7.8um
7.0um
6
annealing1h at 2000c annealing1h at 3500c
0.01 s-1
0.1 s-1
1 s-1
5s-1
10s-1
1
σ
1 0.0227
l 82
n
Z 5.5 5 1 01 2
镁合金塑性变形机制概述
使 扩 展 位 错 容 易 束 集 ， 上的临界切应力与温度的关系
容易发生非基面滑移，
如 Ag、Al、Li 等元素降低 c/a 值，提高层错能，激活潜在 晶向为 < 112ˉ3 > 的潜在锥面滑移系，从而影响镁合金
的塑性变形模式；晶粒细化可以降低非基面滑移系的
临界切应力，容易激活镁合金的棱柱面和锥面滑移系。
轴施加压应力分量才能发生孪生，当 c/a> 3 时，外加
载荷方向与上面相反，当 c/a= 3 时，任何外加载荷都 不能发生 {101ˉ2} 孪生；变形温度越低越有利于孪晶的 发生，由于孪生是一个应力激活过程，低温时镁合金各 滑移系难以启动，晶界附近容易发生位错塞积产生应 力集中，温度越低，应力集中越严重，越有利于孪晶的 发生来协调变形。变形温度对孪生模式和孪生形貌都 有影响，Myshlyaev 等人[8]通过对 AZ31 镁合金扭转实验 发现，在 453~513 K 范围内孪晶呈钻石状分布，在 573~ 633 K 时，孪晶成多边形而且取向杂乱；应变速率越快 越有利于孪生发生，而且当应变速率不同时产生的孪 晶也不同，B.H.Yoshinaga 等人[6]发现在低应变速率条 件下 {101ˉ5} 孪生为主要塑性变形模式，在高应变速率 下主要为 {112ˉ4} 孪生；晶粒尺寸对孪生也有很大影响， 晶粒尺寸越小越容易启动非基面滑移和增加动态回复 来释放晶界处应力集中，使应力集中难以达到孪晶形 核的要求。
25.2× 10－6
155.5
44.5
38.6I ACS
由于很多金属矿产资源逐渐枯竭，而镁资源比较 丰富，特别是近年来结构轻量化的技术要求和环保要 求的不断提高，因此，镁合金的需求量日益增加，镁合 金工业迅速发展，这也促进了镁合金技术的显著提高， 并在镁合金熔炼、成型、净化、表面处理和防腐及高性 能镁合金材料研发等技术取得了很大研究成果。与其 他金属结构材料相比，镁及其合金具有密度低、比强度 和刚度高、弹性模量小、抗电磁干扰及屏蔽性强、阻尼 减震性 好 、导 热 性 好 、机 加 工 性 能 好 、容 易 回 收 等 优 异性能[5]，因而在航空工业、汽车工业、电子产品、纺织 和印刷业都有广泛应用。特别是近几年，随着高纯镁 合金技术制备成熟及 SF6等气体保护的熔炼技术的成 功运用，镁合金耐蚀性能的问题也基本解决，因而在国 内外市场上数码相机、笔记本电脑、摄像机等电子产品 应用逐渐扩大。随着镁合金制备技术和成型技术日益完 善，镁合金在航空领域和汽车工业都有更好的发展前景。
变形镁合金标准
变形镁合金标准变形镁合金标准1.概述2.变形镁合金是一种轻质、高强、耐腐蚀的金属材料，具有优异的力学性能和良好的加工性能。
变形镁合金广泛应用于航空、航天、汽车、电子、通讯等领域。
本标准主要规定了变形镁合金的化学成分、机械性能、制造工艺、物理性能、耐腐蚀性、使用寿命、安全性和环保要求以及质量控制等方面的要求。
3.化学成分4.变形镁合金的化学成分应符合相关国家标准或行业标准的规定。
其中，主要元素包括镁、铝、锌、锆等，辅助元素包括铁、硅、锰等。
在化学成分方面，变形镁合金应具有合适的合金元素含量和良好的杂质控制，以确保其优异的力学性能和耐腐蚀性。
5.机械性能6.变形镁合金应具有良好的机械性能，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度等。
这些指标应符合相关国家标准或行业标准的规定。
在机械性能方面，变形镁合金应具有高强度、高刚性和良好的塑性，以满足各种工程应用的需求。
7.制造工艺8.变形镁合金的制造工艺主要包括熔炼、铸造、挤压、轧制、锻造等环节。
在制造工艺方面，应控制好各个环节的参数，以确保变形镁合金的尺寸精度、表面质量和加工性能。
此外，应采用适当的热处理工艺，以优化变形镁合金的力学性能和耐腐蚀性。
9.物理性能10.变形镁合金应具有良好的物理性能，包括密度、热导率、比热容、线膨胀系数等。
这些指标应符合相关国家标准或行业标准的规定。
在物理性能方面，变形镁合金应具有轻质、高比强度、优良的热导率和良好的尺寸稳定性等特点。
11.耐腐蚀性12.变形镁合金应具有良好的耐腐蚀性，能够在各种腐蚀环境下长期稳定工作。
耐腐蚀性主要包括化学耐腐蚀性和电化学耐腐蚀性两个方面。
在耐腐蚀性方面，变形镁合金应具有较好的抗大气腐蚀、抗海洋腐蚀和抗化工腐蚀等能力。
13.使用寿命14.变形镁合金的使用寿命应满足工程应用的要求。
在正常工作条件下，变形镁合金应具有较长的使用寿命和良好的抗疲劳性能。
在使用寿命方面，应对变形镁合金的耐磨性、抗疲劳性和耐久性等进行评估和优化。
镁合金的热处理工艺与力学性能改善
镁合金的热处理工艺与力学性能改善镁合金作为一种轻量化材料，在航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用。
然而，镁合金在实际应用中存在一些问题，如低强度、低韧性和不良的耐腐蚀性能。
因此，研究镁合金的热处理工艺，以提高其力学性能，具有重要意义。
本文将介绍镁合金的热处理工艺以及力学性能改善的方法。
热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程，改变其晶体结构和性能的方法。
对于镁合金的热处理，主要包括固溶处理、时效处理和变形加工。
首先，固溶处理是指将镁合金加热到高温区，使合金中的固态溶质元素溶解在镁基体中，然后快速冷却。
这一步骤能够消除合金中的析出相和晶界相，提高合金的强度和塑性。
同时，通过调节固溶温度和时间，还可以控制合金的晶粒尺寸，从而进一步提高其力学性能。
其次，时效处理是在固溶处理后将镁合金再次加热到较低的温度，保持一定的时间，使合金中的溶质元素重新析出形成弥散的析出相。
时效处理可以提高镁合金的强度和硬度，同时还能增加合金的韧性和耐腐蚀性能。
不同类型的镁合金需要在不同的时效温度和时间下进行处理，以获得最佳的力学性能。
最后，变形加工是通过机械或热加工使镁合金发生塑性变形，从而改变其晶体结构和力学性能。
常用的变形加工方式包括挤压、拉伸、压缩等。
通过变形加工，可以使晶粒细化，提高材料的塑性，并改善其力学性能。
除了热处理工艺，还有其他一些方法可以改善镁合金的力学性能。
例如，合金化是通过添加适量的合金元素，如锆、铝、锡等，来改善镁合金的强度和韧性。
同时，采用纳米颗粒强化技术和表面改性技术，也可有效增强镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。
总结起来，镁合金的热处理工艺和力学性能改善涉及到固溶处理、时效处理、变形加工以及其他一些方法的综合应用。
通过合理选择和控制这些工艺参数，可以显著提高镁合金的强度、塑性和耐腐蚀性能，满足实际工程应用的需求。
进一步的研究和探索，将有助于推动镁合金材料的发展与应用。
变形镁合金的熔炼技术_夏德宏
中国有色金属报/2011年/7月/21日/第008版镁业变形镁合金的熔炼技术夏德宏变形镁合金是一种优越的金属材料。
变形镁合金材料的生产主要通过挤压、轧制和锻造等工艺手段实现。
变形镁合金优异的性能以及在不同领域的特殊用途使其成为镁合金材料研究与开发领域中不可缺少的一个重要组成部分。
但限制镁合金广泛应用的主要问题之一是,镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧,使镁合金的生产难度增大。
镁合金熔炼技术研究在很大程度上是防氧化研究,这包括对熔炼所使用的溶剂的研究和气体保护防燃研究。
镁熔体性质很活泼,容易和周围介质中的氧气、氮气和水分反应,其中在镁合金熔炼过程中最常见、危害最大的是镁与氧的反应,因此,在镁合金熔炼技术中可以采用熔剂保护熔炼,利用低熔点的无机化合物在较低的温度下熔化成液态,在镁合金液面铺开,阻止镁液与空气接触,从而起到保护液态镁熔体,防止镁与氧等反应气进行反应的作用。
目前国内常使用的保护熔剂是商品化的RJ系列熔剂。
其中,用得最为广泛的是RJ22熔剂。
一种新的溶剂JDMF,此覆盖剂能够长时间静置而不破碎下沉,延长熔剂的保护时间、减少熔剂的用量、减少有害气体的产生。
但是氯盐和氟盐的使用会造成环境污染,寻找合适的替代品是开发镁合金液保护熔剂的努力目标。
惰性气体保护是利用Ar、N2、He等无色、无味的惰性稀有气体,覆盖于熔体表面形成惰性气体层,防止镁的氧化。
等惰性气体主要用于不需经常开启的密闭系统作为保护气体,一般情况下需混人少量的SO2等反应性气体,以阻止镁的蒸发,提高其防燃效果。
在密闭条件下可起到良好的保护作用。
但在高压下存在一定的风险。
反应性气体保护是利用与镁反应的气体在消耗掉少量金属镁后,在表面形成致密膜层防止进一步氧化的方法。
在高温下CO2可与镁反应生成无定型C、MgO,无定型C填充到疏松多孔的夕膜的MgO空隙中,在熔体表面形成致密度系数大于由其组成的复合膜。
抑制镁穿过表面膜扩散的作用,降低了镁的蒸发,有效防止熔体的氧化。
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镁合金变形加工技术
镁合金的挤压成形 镁合金的轧制成形 镁合金的锻造成形 镁合金的板料成形 镁合金的超塑性成形
1.1镁合金的挤压成形
目前热挤压是镁合金最主要的塑 性加工方法。变形镁合金一般可采用 正向挤压、反向挤压、单动挤压机、 双动挤压机、卧式挤压机、立式挤压 机、Confrom连续挤压法、静液挤压 法来挤压棒、管、型、线材。
1.2镁合金的轧制成形
镁合金铸锭热轧开坯工艺流程
1.2镁合金的轧制成形
该工艺的优点能够生产出宽幅中厚板，组织性能比 较好，可以大规模连续化生产几乎所有品种镁合金； 缺点是生产流程长，投资和生产成本高。
热轧开坯的镁合金板
AZ40M镁合金板
1.2镁合金的轧制成形
300℃退火1h后的轧制态Mg-9Li-1Al合金的显微组织 (a)50倍 (b)100倍 (c)200倍
1.1镁合金的挤压成形
镁合金挤压工艺流程
铸锭加热 一次挤压 切中间坯料
加热
二次挤压
人工时效
矫直
氧化上色
包装
入库
1.1镁合金的挤压成形
1.1镁合金的挤压成形
300℃退火1h后的挤压态Mg-9Li-1Al合金的显微组织 (a)50倍 (b)100倍 (c)200倍
1.1镁合金的挤压成形
镁合金挤压工艺参数
锻造ZKA镁合金板
锻镁轮毂
1.3镁合金的锻造成形
镁合金模锻工艺流程
铸锭或 机加工清除表面 挤压毛坯 缺陷，注意防燃
坯料准备
锻前加热
润滑
模锻
锻件冷却
锻件氧化处理
切边
1.3镁合金的锻造成形
镁合金锻造工艺特点
导热性系数大 对应变速率敏感 流动性差
锻造温度范围窄（70-150K之间） 加热过程中易发生软化
1.4镁合金的板料成形
板料成形又称二次成形或深度加 工。镁合金在常温下不易冲压，一 般冲压温度应在150℃。
镁合金冲压件
1.4镁合金的板料成形
冲压成形工艺
拉伸 弯曲 翻边 缩口 扩口 胀形 特种成形
1.4镁合金的板料成形
镁合金冲压成形优点
生产效率高，且操作方便。 质量稳定,互换性好,“一模一样” 可加工尺寸范围较大、形状较复杂的零件
省镁合金超塑性成形的核心在 于晶粒的微细化。通过如等径角 挤压(ECPA)、大挤压比热挤压等 技术细化晶粒获得具有优良变形 性能的材料。
均匀化处理 挤压温度 再结晶温度 < 挤压温度 < 固相线，573-723K 严格控制，防止燃烧和爆炸 挤压速度
不宜太快，同一合金的中空型材为实心的1/3~1/5
润滑：动物油或植物油 挤压比： 10-100
1.1镁合金的挤压成形
镁合金挤压工艺优势
具有比锻造、轧制更为强烈的三向压应力 具有极大灵活性，在通一台设备上通过更换模具， 即可生产各种板、管、棒、型材 产品精度高
镁合金挤压工艺缺点
由于压余和缩尾，废料损失大
由于摩擦，变形抗力大，模具磨损严重
1.2镁合金的轧制成形
轧制一般分为冷轧与热轧，但镁 合金冷轧困难。一般其变形率只有 10%-15%，若再高会产生裂边甚至 无法轧制。故镁合金板材的轧制多 选用热轧方式,采用多道次、小压下 量工艺进行轧制，必要时进行中间 退火。
1.2镁合金的轧制成形
镁合金轧制制度
压下制度 压下制度是板材轧制制度最核心的内容，直接关系着 生产效率和产品质量。 速度制度 镁合金热轧时的轧制速度要远小于钢铁及铜、铝合金。
温度制度
辊型制度 张力制度
1.3镁合金的锻造成形
镁合金的锻造的方法与设备和铝 合金的基本相同，有自由锻造和模 锻；可用开式模锻或闭式模锻。