镁合金是目前工程应用中最轻的工程金属材料,具有比重轻、导热性好、电磁屏蔽能力强、易于回收等优点,被认为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”,目前已在汽车电子、航天、通讯等行业得到了广泛应用。
一、镁合金材料优点
1、重量轻
镁合金作为一种轻质金属结构材料,其密度为铝的2/3、钢的1/4;在同等刚性条件下,1Kg镁合金的坚固度等于18Kg铝和2.1Kg钢,这一特性对于现代手提类产品的重量减轻及车辆能耗减少有重要意义。
2、吸震性能高
镁有极好的滞弹吸震性能,可吸收震动与噪音。在相同载荷下,其减振性是铝的100倍、钛合金的300~500倍,抗冲击性是塑料的20倍。用于设备机壳可减少噪音传递、提高防冲击与防凹陷能力。
3、切削性能良好
镁有良好的切削性能,能接受较高的切削速度,可减少切削加工时间,延长刀具使用寿命;有优良的表面光洁度,并可一次切削获得,极少出现积屑瘤;有良好的断屑特性及温度传导性,可免于使用冷却液或润滑液。
4、再生性
废旧镁合金铸件可再熔化作为AZ91D、AM50或AM60的二次材料进行铸造。由于压铸件的需求不断增长,可回收的能力是非常重要的,也更符合环保要求。
二、镁合金成型方法和加工工艺
由于镁合金的各种优点,国内外都积极开展了镁合金成型的技术和设备研发,目前采用较多的镁合金成型方法和主要工艺如下表所示。
成型方法 | 主要工艺 | 优点 | 缺点 |
液态成型 | 压铸法 | 产品尺寸稳定、生产率高 | 夹杂和气孔多、成型后难热处理、尺寸净成型差,不适用薄壁壳体零件类加工 |
半固态成型 | 触变注射成型 | 铸造缺陷少,产品的力学性能、尺寸精度、表面和内在质量高 | 技术复杂、对设备要求高 |
塑性成型 | 轧制、热挤压、冲压 | 变形镁合金的二次成型,对技术和设备的要求不高 | 无法进行镁合金的二次塑性深加工 |
三、镁合金超塑性成型
金属及合金在一定条件下的流变应力应变速率敏感性指数m大于0.3,表现出特大伸长率(200%~3000%)的性能称为超塑性。镁合金的室温变形能力低,但是在超塑性状态下却有很高的塑性,可利用超塑性加工形状复杂的零件与模锻件。
超塑性加工镁合金产品的主要有以下优点:
1、成品率高
成品率可达90%以上,且产品表面缺陷少,可减少后续工序与生产成本。例如,日本用不同方法生产镁合金笔记本电脑外壳,压铸法的最高成品率只有70%,而超塑性成形法的可达91%。上海尚晞科技研发制造的镁合金薄板成型设备,可将厚度0.7mm的镁板冷压成型。
2、产品厚度薄
用超塑性工艺生产的产品,厚度比压铸件及半固态压铸件产品要薄很多。例如用超塑冲压锻造生产的镁合金工件其最小厚度可达0.4mm,而压铸件及半固态压铸件的大多在0.8mm以上。
3、形状复杂、变形量大的工件可一次成型,并具有流动性高,填充性好、加工设备工作推力小等特点。
4、产品成形时不产生弹性变形,成形后几乎不会发生回弹,工件尺寸精准,表面粗糙度也小。
镁合金超塑性成型在提出伊始就引起了很多企业的关注,一些具备条件的企业已经开始着手相关设备的研发并成功试样。估计再过不久,待设备和技术都成熟了,镁合金超塑性产品会在多个行业发挥重要作用。