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1、半固态触变变注射成成型镁合合金组织织性能分分析摘要：本文文对半固固态触变变注射成成型镁合合金AZZ91DD 的组组织与性性能进行行了分析析，结果果表明，该该成形法法所生产产的镁合合金产品品的组织织及力学学性能均均优于压压铸产品品，从而而为应用用半固态态触变注注射成型型法进行行镁合金金汽车零零部件的的生产奠奠定基础础。 关关键词：触变注注射成型型 镁合合金 组组织 力力学性能能 1 引言 近年来来，随着着对绿色色、环保保等方面面要求的的提高，镁镁合金以以其重量量轻、比比强度高高、比刚刚度高、减减震性好好、耐电电磁屏蔽蔽、易回回收等特特点从众众多金属属材料中中脱颖而而出，广广泛的应应用于航航空、航
2、航天、电电子和汽汽车等行行业。目目前，镁镁合金应应用的两两大热点点产业是是电子业业和汽车车业。一一方面，用用于“33C” (Coompuuterr、Coommuuniccatiion、CConssumpptioon EElecctrooniccs PProdductts)产产品的壳壳体，有有逐渐取取代可回回收性较较差的塑塑料壳体体的趋势势；另一一方面，作作为实际际应用中中最轻的的结构金金属，镁镁合金能能够满足足交通运运输业日日益严格格的节能能和尾气气排放要要求，从从而生产产出重量量轻、耗耗油少、环环保的新新一代交交通工具具。 国国内外广广泛采用用的镁合合金成形形方法为为压铸法法。压铸铸镁合金金
3、产品具具有尺寸寸稳定性性好、生生产率高高等优点点，但也也具有夹夹杂多、气气孔多、成成形后难难热处理理、尺寸寸近净成成形差等等不足。采采用压铸铸法制造造的零件件很难满满足诸如如用于“ 3C”产产品中所所广泛使使用的薄薄壁壳体体类零件件以及用用于汽车车工业中中的高性性能镁合合金零部部件的要要求。 同压铸铸法相比比，半固固态方法法制造的的产品具具有铸造造缺陷少少，产品品的力学学性能、尺尺寸精度度、表面面和内在在质量高高等优点点，此外外还有节节约能源源、安全全性好、近近净成形形性好等等优点。目目前世界界上已经经成功工工业化的的镁合金金半固态态成型技技术是触触变注射射成型技技术11。长长春华禹禹镁业有有
4、限公司司是我国国最早引引进此项项技术的的厂家，本本文利用用该公司司的触变变注射成成型机制制备试样样，对触触变注射射成型镁镁合金的的组织及及力学性性能进行行了分析析，从而而为公司司下一步步进行汽汽车用高高性能镁镁合金的的研究开开发作适适当的技技术储备备。 22 半固固态触变变注射成成型技术术的原理理及工艺艺过程 2.11 半固固态触变变注射成成型技术术的原理理 在普普通铸造造过程中中，初晶晶以枝晶晶方式长长大，当当固相率率达到00.2 左右时时，枝晶晶就形成成连续网网络骨架架，失去去宏观流流动性。半半固态成成形是在在液态金金属从液液相到固固相冷却却过程中中进行强强烈搅拌拌，使普普通铸造造成形时时
5、易于形形成的树树枝晶网网络骨架架被打碎碎而保留留分散的的颗粒状状组织形形态，悬悬浮于剩剩余液相相中。这这种颗粒粒状非枝枝晶的显显微组织织，在固固相率达达0.550.6 时时仍具有有一定的的流变性性，从而而可利用用常规的的成形工工艺如压压铸、挤挤压，模模锻等实实现金属属的成形形24。 半固态态触变注注射成形形法是近近些年来来开发的的一种新新工艺，源源于美国国DOWW化学公公司，美美国THHIXOOMATT公司将将其商业业化。该该工艺是是将塑料料的注塑塑成形原原理与半半固态金金属成形形工艺相相结合，集集半固态态金属浆浆料的制制备、输输送、成成形等过过程于一一体，该该法较好好地解决决了半固固态金属属
6、浆料的的保存输输送、成成形控制制困难等等问题。 2.22 半固固态触变变注射成成型技术术的工艺艺过程 注射成成形法主主要工艺艺过程如如下：被被制成颗颗粒的镁镁合金原原料（由由枝晶镁镁合金铸铸锭制成成，其组组织仍为为枝晶组组织）从从料斗中中加入；在套筒筒中的镁镁合金原原料通过过电加热热转变成成半固体体状态，在在螺杆的的剪切作作用下，在在套筒中中半固体体金属浆浆料形成成了近乎乎于球形形状的固固体颗粒粒，在注注射缸的的作用下下，以相相当于塑塑料注塑塑机的十十倍速率率压射到到模具内内成形。触触变注射射成形机机的基本本结构如如图1-1 所所示。 图1 触变变注射成成形机原原理图3 试验设设备及方方法 3
7、3.1 触变注注射成形形试样的的制备 本论文文采用日日本制钢钢所的JJLM-4500MG 型触变变注射成成型机制制备了标标准力学学性能试试样，在在不同制制备条件件下，考考察了目目前最广广泛使用用的镁合合金AZZ91DD 组织织与性能能的变化化以及耐耐腐蚀性性能。该该成型机机的外观观如图22 所示示，试样样模具由由日本制制钢所提提供，所所制备的的测试试试样如图图3 所所示，成成形过程程中模具具温度为为1800。 图33 中由由左至右右依次为为标准冲冲击试样样，标准准蠕变试试样，标标准拉伸伸试样和和硬度试试样，在在论文只只采用标标准拉伸伸试样进进行试验验，分别别考察不不同工艺艺条件下下，半固固态镁
8、合合金组织织与性能能的变化化。图2 JLLM 4450-MG 触变成成型机 图3 注射成成型的半半固态镁镁合金试试样快速腐蚀条条件如下下：腐蚀蚀介质为为0.55%NaaCl 或0.1moolNaaCl 溶液；试验温温度：室室温（静静态）或或351；腐蚀蚀时间：5 昼昼夜。 4 结结果与讨讨论 44.1 半固态态触变注注射成型型镁合金金的组织织分析 图4 中组织织是取自自不同工工艺参数数制备标标准拉伸伸试棒的的中部，其其工艺参参数的区区别主要要表现在在料筒温温度的差差别，在在图4 中由工工艺(aa)至工工艺(dd)料筒筒温度逐逐步升高高。图4 触变变注射成成型AZZ91DD 组织织由图4 可可见
9、，在在不同工工艺参数数条件下下，半固固态镁合合金组织织的变化化不大，主主要差别别表现在在缺陷的的数量和和大小方方面。可可见，料料筒温度度对半固固态镁合合金成型型性具有有决定性性的影响响，在料料筒温度度较低的的条件下下，半固固态浆料料的流变变性不足足，成型型性能不不足，提提高料筒筒温度可可以明显显的提高高半固态态浆料的的流变性性能，但但会明显显降低固固相率，在在工艺dd 的条条件下，除除晶粒细细小外，其其组织已已经接近近普通压压铸合金金组织。因因此，在在实际产产品制备备中必须须控制好好料筒温温度和组组织这两两方面的的因素，才才有可能能获得高高质量的的产品。 图5 为半固固态镁合合金组织织的扫描描
10、电镜照照片。由由图5aa 可见见，半固固态镁合合金试棒棒的组织织细小、均均匀，图图5b 为放大大的晶界界相，对对晶界相相的定点点能谱分分析表明明，其晶晶界相的的主要组组成为MMg 和和Al，并并含有少少量的ZZn，其其定点能能谱分析析结果如如图6 所示。对对半固态态镁合金金进行线线扫描的的结果表表明，AAl 和和Zn 主要分分布在晶晶界上，在在晶内分分布较少少，Mgg 则主主要分布布在晶内内，在晶晶界处MMg 含含量明显显减少，如如图7 所示。以以上结果果表明半半固态触触变注射射成型镁镁合金的的组织形形态及分分布基本本与压铸铸组织相相同。(a) 半半固态镁镁合金组组织 (b) 半固态态镁合金金
11、的晶界界相 图图5 半半固态镁镁合金组组织的扫扫描电镜镜照片图6 半固固态镁合合金晶界界相分析析图7 半固固态镁合合金线扫扫描结果果4.2 半半固态触触变注射射成型AAZ911D 的的力学性性能分析析 4.2.11 触变变注射成成型AZZ91DD 的力力学性能能 图88 中示示出了550 根根试棒（图图4 工工艺d 条件下下）中随随机抽取取5 根根试棒的的力-位位移曲线线、力-变形曲曲线以及及力学性性能的测测量数据据。由此此可见，半半固态触触变注射射成形试试棒已达达到了很很高的强强度，其其平均断断裂强度度可达到到2700MPaa 以上上，平均均屈服强强度可达达1500MPaa 左右右（由于于镁
12、合金金试棒在在拉伸过过程中没没有明显显的屈服服点，故故而以p0.2 估估算屈服服强度）。图8 半固固态镁合合金的力力学性能能64.2.22 盐水水快速腐腐蚀对触触变注射射成型AAZ911D 性性能的影影响 镁镁合金的的抗腐蚀蚀性能是是衡量镁镁合金性性能的一一个重要要指标，本本文采用用快速腐腐蚀试验验考察了了经快速速腐蚀后后触变成成型镁合合金试棒棒组织与与性能的的变化。所所采用试试棒与前前述力学学性能试试棒相同同。 图图9 示示出了经经5 昼昼夜快速速腐蚀后后AZ991D 镁合金金试棒的的力学性性能。可可见，腐腐蚀后镁镁合金试试棒力学学性能明明显下降降，平均均断裂强强度下降降到2220MPP 左
13、右右，屈服服强度下下降至1120MMPa 左右。腐腐蚀试验验结果表表明，尽尽管半固固态组织织细小、致致密，但但是其抗抗腐蚀性性能仍然然相当差差，做为为重要结结构部件件和装饰饰性壳体体类零部部件时，仍仍须采用用适当的的表面处处理工艺艺，否则则将无法法满足使使用要求求。图9 快速速腐蚀后后触变注注射成型型AZ991D 的力学学性能65 结论 近年来来，世界界各国高高度重视视镁合金金的研究究与开发发，将镁镁资源作作为211 世纪纪的重要要战略物物资，加加强了镁镁合金在在汽车、计计算机、通通讯及航航空航天天领域的的应用开开发研究究。美、日日、欧等等发达国国家目前前已经投投入大量量人力和和物力，实实施多
14、项项大型联联合研究究发展计计划，研研究汽车车用镁合合金零部部件，这这些研究究开发计计划加快快了国外外应用镁镁合金零零部件的的步伐。我我国是一一个摩托托车生产产、消费费大国和和出口大大国，也也是一个个潜在的的汽车生生产和消消费大国国。然而而，目前前我国的的镁合金金成型技技术还相相对落后后，镁合合金零部部件的力力学性能能及耐腐腐蚀性能能较低是是制约汽汽车用镁镁合金零零部件在在我国应应用的一一个重要要因素。 本论文文通过对对触变注注射成型型AZ991D 镁合金金试棒的的显微组组织、力力学性能能分析和和快速腐腐蚀试验验，得出出如下结结论：应应用触变变注射成成型技术术可得到到组织细细小、致致密，力力学性能能相对较较高的镁镁合金部部件。其其综合力力学性能能优于目目前广泛泛采用的的压铸镁镁合金部部件。但但是应该该看到，触触变注射射成型设设备的高高昂费用用及所必必须支付付的专利利许可费费用，加加之成型型用原材材料镁粒的的成本较较高，整整体投资资比较大大。因而而该技术术尤其适适用于那那些具有有较高要要求和高高附加值值产品的的加工。