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1、半固态触变注射成型镁合金组织性能分析 摘要：本文对半固态触变注射成型镁合金AZ91D的组织和性能进行了分析，结 果表明，该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品,从而 为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础。关键词：触变注射成型镁合金组织力学性能 1引言 近年来，随看对绿色、环保等方面要求的提高,镁合金以其重量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽、易回收等特点从众多金属材料中脱颖而出，广泛的应用于航空、航天、电子和汽车等行业。目前,镁合金应用的俩大热点产 业是电子业和汽车业。壹方面，用于3C(Computer.Communication.C ons
2、umptionElectronicsProducts)产品的壳体,有逐渐取代可回收性较差的塑 料壳体的趋势；另壹方面，作为实际应用中最轻的结构金属,镁合金能够满足交 通运输业日益严格的节能和尾气排放要求，从而生产出重量轻、耗油少、环保的 新壹代交通工具。国内外广泛采用的镁合金成形方法为压铸法。压铸镁合金产品具有尺寸稳定性 好、生产率高等优点，但也具有夹杂多、气孔多、成形后难热处理、尺寸近净成 形差等不足。采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于3C产品中所广泛使用 的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求。同压铸法相比，半固态方法制造的产品具有铸造缺陷少，产品的力学性能、尺寸
3、精度、表面和内于质量高等优点,此外仍有节约能源、安全性好、近净成形性好 等优点。目前世界上已经成功工业化的镁合金半固态成型技术是触变注射成型技 术1。长春华禹镁业XX公司是我国最早引进此项技术的厂家，本文利用该公司 的触变注射成型机制备试样,对触变注射成型镁合金的组织及力学性能进行了分 析，从而为公司下壹步进行汽车用高性能镁合金的研究开发作适当的技术储备。2半固态触变注射成型技术的原理及工艺过程 2.1半固态触变注射成型技术的原理 于普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到0.2左右时，枝晶就形 成连续网络骨架，失去宏观流动性。半固态成形是于液态金属从液相到固相冷却 过程中进行强烈搅拌
4、，使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保 留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织,于固相率达0.5 0.6时仍具有壹定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压 铸、挤压，模锻等实现金属的成形24。半固态触变注射成形法是近些年来开发的壹种新工艺源于美国DOW化学公司,美国THIXOMAT公司将其商业化。该工艺是将塑料的注塑成形原理和半固态金 属成形工艺相结合，集半固态金属浆料的制备、输送、成形等过程于壹体，该法 较好地解决了半固态金属浆料的保存输送、成形控制困难等问题。2.2半固态触变注射成型技术的工艺过程 注射成形法主要工艺过程如下：被制成颗粒的镁合金原
5、料（由枝晶镁合金铸锭制 成，其组织仍为枝晶组织）从料斗中加入；于套筒中的镁合金原料通过电加热转 变成半固体状态，于螺杆的剪切作用下,于套筒中半固体金属浆料形成了近乎于 球形状的固体颗粒，于注射缸明该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础关键词触变注射成型镁合金组织力学性能引言近年来随看对绿色环保等方面要求的提高镁合航天电子和汽车等行业目前镁合金应用的俩大点产业是电子业和汽车业壹方面用于产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势另壹方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排品
6、具有尺寸稳定性好生产率高等优点但也具有夹杂多气孔多成形后难处理尺寸近净成形差等不足采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求同压铸的作用下,以相当于塑料注塑机的十倍速率压射到 模具内成形。触变注射成形机的基本结构如图1-1所示。图触变注射成形机原理图 3试验设备及方法 3.1触变注射成形试样的制备 本论文采用日本制钢所的儿M-450MG型触变注射成型机制备了标准力学性能 试样，于不同制备条件下，考察了目前最广泛使用的镁合金AZ91D组织和性能 的变化以及耐腐蚀性能。该成型机的外观如图2所示,试样模具由日本制钢所提 供，所制备
7、的测试试样如图3所示,成形过程中模具温度为180 Co 图3中由左至右依次为标准冲击试样，标准蠕变试样，标准拉伸试样和硬度试样,于论文只采用标准拉伸试样进行试验,分别考察不同工艺条件下,半固态镁合金 组织和性能的变化。明该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础关键词触变注射成型镁合金组织力学性能引言近年来随看对绿色环保等方面要求的提高镁合航天电子和汽车等行业目前镁合金应用的俩大点产业是电子业和汽车业壹方面用于产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势另壹方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业
8、日益严格的节能和尾气排品具有尺寸稳定性好生产率高等优点但也具有夹杂多气孔多成形后难处理尺寸近净成形差等不足采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求同压铸 图2JLM450-MG触变成型机图3注射成型的半固态镁合金试样 快速腐蚀条件如下：腐蚀介质为0.5%NaCI或O.lmolNaCI溶液；试验温度：室 温(静态)或35 1 C;腐蚀时间：5昼夜。4结果和讨论 4.1半固态触变注射成型镁合金的组织分析 图4中组织是取自不同工艺参数制备标准拉伸试棒的中部,其工艺参数的区别主 要表当下料筒温度的差别，于图4中由工艺(a)至工艺(
9、d)料筒遍度逐步升高。(a)(b)明该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础关键词触变注射成型镁合金组织力学性能引言近年来随看对绿色环保等方面要求的提高镁合航天电子和汽车等行业目前镁合金应用的俩大点产业是电子业和汽车业壹方面用于产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势另壹方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排品具有尺寸稳定性好生产率高等优点但也具有夹杂多气孔多成形后难处理尺寸近净成形差等不足采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽
10、车工业中的高性能镁合金零部件的要求同压铸图4触变注射成型AZ91D组织 由图4可见，于不同工艺参数条件下,半固态镁合金组织的变化不大，主要差别 表当下缺陷的数量和大小方面。可见,料筒温度对半固态镁合金成型性具有决定 性的影响，于料筒遍度较低的条件下,半固态浆料的流变性不足,成型性能不足,提高料筒温度能够明显的提高半固态浆料的流变性能，但会明显降低固相率,于 工艺d的条件下,除晶粒细小外，其组织已经接近普通压铸合金组织。因此，于 实际产品制备中必须控制好料筒温度和组织这俩方面的因素，才有可能获得高质 量的产品。图5为半固态镁合金组织的扫描电镜照片。由图5a可见，半固态镁合金试棒的 组织细小、均匀
11、，图5b为放大的晶界相，对晶界相的定点能谱分析表明，其晶 界相的主要组成为Mg和Al,且 含有少量的Zn,其定点能谱分析结果如图6所示。对半固态镁合金进行线扫描 的结果表明，AI和Zn主要分布于晶界上，于晶内分布较少，Mg则主要分布于 晶内，于晶界处Mg含量明显减少，如图7所示。之上结果表明半固态触变注射 成型镁合金的组织形态及分布基本和压铸组织相同。(a)半固态镁合金组织(b)半固态镁合金的晶界相明该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础关键词触变注射成型镁合金组织力学性能引言近年来随看对绿色环保等方面要求的提高
12、镁合航天电子和汽车等行业目前镁合金应用的俩大点产业是电子业和汽车业壹方面用于产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势另壹方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排品具有尺寸稳定性好生产率高等优点但也具有夹杂多气孔多成形后难处理尺寸近净成形差等不足采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求同压铸图6半固态镁合金晶界相分析 图5半固态镁合金组织的扫描电镜照片 图7半固态镁合金线扫描结果 4.2半固态触变注射成型AZ91D的力学性能分析 4.2.1触变注射成型AZ91D的力学性能明该成形
13、法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础关键词触变注射成型镁合金组织力学性能引言近年来随看对绿色环保等方面要求的提高镁合航天电子和汽车等行业目前镁合金应用的俩大点产业是电子业和汽车业壹方面用于产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势另壹方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排品具有尺寸稳定性好生产率高等优点但也具有夹杂多气孔多成形后难处理尺寸近净成形差等不足采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求同压铸g
14、 0“图8中示出了 50根试棒（图4工艺d条件下）中随机抽取5根试棒的力-位移 曲线、力-变形曲线以及力学性能的测量数据。由此可见，半固态触变注射成形试 棒已达到了很高的强度，其平均断裂强度可达到270MPa之上，平均屈服强度可 达150MPa左右（由于镁合金试棒于拉伸过程中没有明显的屈服点，故而以op 0.2估算屈服强度）。力电夥曲线 力变形曲线 试郴号 砒尺寸 G L Ft/(kK)o b.(KfPa)Q 严 2.(MPa)1 6.404 50.00 8.098 270.380 150.694 2 6.3050.00 8.722 279.310 152.407 630*50.00 BJ67
15、 262.000 153.706 4 6.30*50.00 8.425 270.270 14(5.383 5 50.00 9.297 271.750 147.513 2.662 270.342 150.141 图8半固态镁合金的力学性能6 4.2.2盐水快速腐蚀对触变注射成型AZ91D性能的影响 镁合金的抗腐蚀性能是衡量镁合金性能的壹个重要指标，本文采用快速腐蚀试验 考察了经快速腐蚀后触变成型镁合金试棒组织和性能的变化。所采用试棒和前述 力学性能试棒相同。明该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础关键词触变注射成型
16、镁合金组织力学性能引言近年来随看对绿色环保等方面要求的提高镁合航天电子和汽车等行业目前镁合金应用的俩大点产业是电子业和汽车业壹方面用于产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势另壹方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排品具有尺寸稳定性好生产率高等优点但也具有夹杂多气孔多成形后难处理尺寸近净成形差等不足采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求同压铸图9示出了经5昼夜快速腐蚀后AZ91D镁合金试棒的力学性能。可见,腐蚀后 镁合金试棒力学性能明显下降，平均断裂强度下降到220MP左右
17、,屈服强度下 降至120MPa左右。腐蚀试验结果表明,尽管半固态组织细小、致密，可是其抗 腐蚀性能仍然相当差,做为重要结构部件和装饰性壳体类零部件时”仍须采用适 当的表面处理工艺，否则将无法满足使用要求。图9快速腐蚀后触变注射成型AZ91D的力学性能 5结论 近年来，世界各国高度重视镁合金的硏究和开发，将镁资源作为21世纪的重要 战略物资，加强了镁合金于汽车、计算机、通讯及航空航天领域的应用开发研究。美、日、欧等发达国家目前已经投入大量人力和物力,实施多项大型联合研究发 展计划,研究汽车用镁合金零试杆编号 涼蛤尺寸 L F钳 o p:2（Wpa）1 6.40*50.00 7.141 222.0
18、90 121.W7 2 6.42*50.00 7.352 227.250 123.486 3 638*50.00 7.148 223.704 119.257 4 6.40*50.00 7.515 227.533 130335 5 45 刃 00 7.214 220.89$118.M5 平均值 7.234 223.SP0 122.688 力畏形曲线 明该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础关键词触变注射成型镁合金组织力学性能引言近年来随看对绿色环保等方面要求的提高镁合航天电子和汽车等行业目前镁合金应用的俩大点产业是
19、电子业和汽车业壹方面用于产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势另壹方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排品具有尺寸稳定性好生产率高等优点但也具有夹杂多气孔多成形后难处理尺寸近净成形差等不足采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求同压铸部件,这些研究开发计划加快了国外应用镁合金零 部件的步伐。我国是壹个摩托车生产、消费大国和出口大国,也是壹个潜于的汽 车生产和消费大国。然而,目前我国的镁合金成型技术仍相对落后,镁合金零部 件的力学性能及耐腐蚀性能较低是制约汽车用镁合金零部件于
20、我国应用的壹个 重要因素。本论文通过对触变注射成型AZ91D镁合金试棒的显微组织、力学性能分析和快 速腐蚀试验,得出如下结论：应用触变注射成型技术可得到组织细小、致密,力 学性能相对较高的镁合金部件。其综合力学性能优于目前广泛采用的压铸镁合金 部件。可是应该见到,触变注射成型设备的高昂费用及所必须支付的专利许可费 用,加之成型用原材料镁粒的成本较高,整体投资比较大。因而该技术尤其 适用于那些具有较高要求和高附加值产品的加工。明该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础关键词触变注射成型镁合金组织力学性能引言近年来随看对绿色环保等方面要求的提高镁合航天电子和汽车等行业目前镁合金应用的俩大点产业是电子业和汽车业壹方面用于产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势另壹方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排品具有尺寸稳定性好生产率高等优点但也具有夹杂多气孔多成形后难处理尺寸近净成形差等不足采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求同压铸