镁合金低压铸造的研究进展

镁合金低压铸造的研究进展

康红岩

康红岩

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066

摘要：伴随航空航天和国防工业的不断发展，镁合金作为轻合金结构材料，在该领域中受到了广泛应用。镁合金铸件的成型技术成为了研制镁合金的关键，其作为反重力精密成型技术的低压铸造，在镁合金成型期间发展迅速。本文主要论述了镁合金低压铸造的进展。

关键词：镁合金；低压铸造；研究进展

镁合金主要是以镁为基本的元素，在铸造期间，通过添加其它元素从而形成合金。镁合金材料自身具备密度小、强度高、散热性能好以及承受能力强等优点，在这些优点的基础上，其被应用到了航空、运输等各个工业部门中，并且产生的效果明显。

1镁合金低压铸造的论述

镁合金作为一种轻型的金属结构材料，在基于强度高、刚度性能好以及抗冲击力强等一系列特点的基础上，被广泛应用到了汽车和电子工业等各个领域中。在市场中，镁合金铸件大部分都是压铸成形的，仅仅有一小部分镁合金铸件是使用重力砂型铸造而成的。在进行镁合金铸件压铸的时候，对于成形工艺有着严格要求，并且输出成本较多，市场如果发生了一些变化情况，那么压铸成形的铝合金铸件弊端便会凸显出来，无法较好的应对市场变化情况。而砂铸件自身还存在着精度低下以及质量性能差等缺陷，这些缺陷的出现使其在发展期间受到了限制。因此为了提升镁合金铸件的精密化程度，满足不断变化的市场需求，低压铸造工艺由此出现。低压铸造工艺本身是一种反重力精密成形技术，由于性能良好，当前已经被应用到了各个机械生产行业中去了。

镁合金低压铸造保护技术，镁和常见的镁合金自身较为灵活，并且熔点低，在氧气充足的情况下，比较容易产生化学反应。所以在进行熔炼的时候，应当展开有效的阻燃保护。从当前情况来看，在铸造镁合金中，经常使用到的保护技术是溶剂保护法、合金化法以及气体保护法等。

2镁合金低压铸造技术研究现状

随着社会经济发展，环境问题日益严重，我国为了解决缓解这一现象，实施了节能减排政策，同时将节能减排落实到国家经济发展战略中去，以此保护环境，推动各个行业的发展。当前材料更加追求高强度以及轻质等特征，而铝合金材料虽然从一定程度上满足了成本低以及轻质等方面的要求，可是在强度上还存在着不足，有一定的缺陷。因此镁合金材料随之出现，这一材料自身具备低密度、高刚度以及轻质等一系列特点，它由于性能良好，逐渐替换了铝合金在工业领域中的应用。低压铸造是镁合金中不可缺少的铸造工艺，目前其已经成为了广大研究人员重点关注对象。

首先，有的研究学者对航天器复杂壁镁合金低压铸造的成形特点展开了分析，并且根据分析情况，全面总结了综合重力铸造和低压浇注的整体优势，通过使用低压铸造工艺，可以有效改进镁合金铸型的排气能力，减少充型速度的充型压力，提升航天器复杂壁镁合金铸件的内部质量。另外，还有的研究学者重点分析了镁合金铸件力学性能不理想、产品尺寸以及形状受到限制等一系列问题。其中获取的研究成果明确提升了镁合金铸件的成形尺寸精度。此外，还有采取陶瓷型低压铸造生产中型镁合金铸件的工艺。大多数学者对镁合金低压铸造工艺的研究和分析，从很大程度上推动了低压铸造工艺的快速发展。

3镁合金低压铸造数值模拟

随着计算机技术的不断进步，人们在研究铸造工艺的时候，经常和数值模拟联合到一起，这样一来，不仅减少了试制周期，同时还大大提升了成品率，因此，对于镁合金低压铸造的研究在国内外受到了广泛关注。

国外学者研究了工艺参数对低压镁合金铸件成形质量产生的影响，格局有限元模型，调整边界条件，减少了气孔等缺陷，从一定程度上改进了铸件质量。而国内学者采取PID模糊控制对数值展开了试验工作，使得精度有了明显提升，另外，很多高校也对镁合金轮毂成型过程的模拟进行了研究。通过使用FDM/FEM集成应力分析系统对低压铸造镁合金轮毂的温度场和应力场进行研究。

在分析应力集中部位铸造裂纹的基础上，提出了相应的改进措施，从而改善了镁合金轮毂低压成形件的质量。另外，要想预测镁合金轮毂低压铸造期间产生的问题，可以使用procast模拟软件对合金轮毂的充型以及凝固过程进行数值模拟，通过降低加圧速度来减少浇筑期间产生的气孔和氧化夹杂等现象，针对轮辐处出现的热节，可以通过局部激冷来改善凝固顺序，优化铸件质量。

4镁合金低压铸造技术的研究情况

使用传统的压铸技术压铸镁合金存在型腔内气体的缺陷，很难顺利排出这些由压铸涂料产生的气体，在高压影响下溶解到了镁合金中，或者是扩散分布在了压铸件内的高压微气孔内，这样一来，不仅降低了镁合金铸件的性能，同时还不利于质量的提升。面对这一问题，可以通过提升铸件的内在质量，扩大压铸件的应用范围来进行解决。经过研究人员不断研究和努力，研制出了一种新型的低压压铸技术，其中包含液压压铸锻造双控成型技术、真空低压消失铸造新型技术以及半固态触变压铸成形技术等。

4.1半固态触变压铸成形技术

半固态触变压铸成形技术在国外得到了广泛重视，并且逐渐呈现成熟化方向发展。可是由于镁合金材料在二次加热期间容易氧化和燃烧，所以一般的半固态成形工艺不适合镁合金。因此，国外研究出了一种镁合金半固态触变压铸成形工艺和设备。这一技术主要是将低熔点的镁合金融化，并且使用高压方式，将原料注入模具中去。该技术的成形压力较高，可以使金属模具和镁合金料浆之间进行热传递，使得表面附近晶粒微细化，从而提升模具的使用性能。同时，使用此铸造技术还能够制备数码相机以及汽车零部件等。

4.2镁合金真空低压消失铸造新技术

研究人员通过将反重力铸造和真空消失模铸有效结合在一起，将其应用于MG合金的液态精密成形，专门研制出了一种新的镁合金真空低压消失模铸造方法。

成形期间，金属液在真空和气压双重作用下浇注成型，不仅提升了液态美合金的充型能力，同时还缓解了重力消失模中经常出现的冷隔等问题，因此其逐渐发展成为了铸造精密复杂薄壁镁合金铸件的有效工艺。

可是，采取真空低压消失模铸造工艺制造镁合金，真空度和气压会产生双重作用，在充型期间，比较难以控制，铸件容易出现缺陷。液态金属充型过程受到热力学和动力学双重因素的影响，因此，怎样获取稳定的流动形态成为了研究镁合金低压消失模铸造技术的关键点。

为了提升镁合金消失模铸件质量，研究人员还研究了镁合金真空低压消失模铸造工艺中真空度对铸件质量产生的影响，结果表明，如果负压真空度过低的话，不利于排除模样热解产物，较高的话则会使液态金属前沿形成附壁效应。一般来讲，壁厚越大，那么所需要的真空度也就越低。采取真空低压消失模铸造方法已经成功浇注成形了尺寸精度高、表面粗糙度低的多种复杂镁合金铸件，比如飞机导轮以及排气管等。

4.3液态压铸锻造双控成型技术

液态压铸锻造双控成形技术能够在相同成型期间完成压铸和锻造两方面工艺，同时还可以准确的控制零件形状和尺寸等。该技术性能良好，比较适合应用于形状复杂和高轻度的汽车零部件中。

5、结语

总而言之，优化镁合金低压铸造成形工艺，推广低压压铸技术在航天和汽车领域中的应用，实现工业化生产，是开发镁合金的首要目标。

参考文献

[1]陈胜娜,余欢,徐志锋,严青松,熊博文,杨伟.镁合金低压铸造的研究进展[J].铸造,2016.

[2]丁文江,付彭怀先进镁合金材料及其在航空航天领域中的应用[J].航天器环境工程,2016.

[3]杨素媛,刘冬冬.镁合金搅拌摩擦焊的研究现状与展望[J].稀有金属,2014.