发布时间：2017-12-14

项目内容：

【第一完成单位】 山西汾西重工有限责任公司

【成果简介】 镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料。纯镁的密度为1.736×103kg/m3，普通镁合金的密度为(1.3～1.9)×103kg/m3，常规镁合金比铝合金轻30%～50%，比钢铁轻70%以上，应用在工程中可大大减轻结构件质量。同时，镁合金具有高的比强度和比刚度，良好的阻尼减震性能，机械加工方便，易于回收利用，具有环保特性。镁的这些优点使其被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”，并将成为21世纪重要的商用轻质结构材料。镁的晶体结构为密排六方(HCP)，塑性变形能力较差，目前主要通过铸造获得镁合金产品。

(1)镁合金的分类及特点。国际上工业应用的铸造镁合金主要有四个系列，即AZ系列(Mg-Al-Zn-Mn)、AM系列(Mg-Al-Mn)、AS系列(Mg-Al-Si)和AE系列(Mg-Al-稀土)。AZ和AM系列合金是目前应用最广泛的铸造镁合金，AZ系列具有均衡的力学性能、铸造性能和耐蚀性，其屈服强度最高，典型型号是AZ91，通过加入质量分数为0.2%的Mn来提高防腐蚀性能。一般用于制造形状复杂的薄壁压铸件，通常用于阀套、壳体等常温零件。AM系列镁合金具有优良的韧性，用于经受冲击载荷、安全性较高的场合，典型型号是AM60，常用于座位架和设备仪表板。AZ91和AM60占汽车上镁合金应用量的90%，但它们使用温度通常不得超过150℃的。要想扩大合金的应用范围，必须提高合金的抗高温蠕变性能，通过加入合金元素进行合金化，可以明显提高铸造镁合金的抗高温蠕变性能。扩大合金的应用范围。AS系列镁合金。其蠕变强度在170℃范围内优于AZ91和AM60，同时具有较好的伸长率、屈服强度和极限抗拉强度。已在空冷汽车发动机的曲轴箱和大众汽车公司许多零件上得到应用，AS系列镁合金高温性能的改善是有限的，且较常用的AZ和AM合金难于铸造。

(2)镁合金熔炼技术。镁的化学性质十分活泼，镁液与空气中的氧，水蒸汽接触，会发生剧烈反应，甚至引起爆炸。镁液表面在空气中反应形成的氧化膜疏松多孔，起其积大于原来镁液的体积，对镁液没有防护作用，若镁液表面直接暴露在大气中，起表面氧化膜激增，合金液烧损严重。因此，在镁合金熔炼和铸造过程中，镁液表面必须很好的防护。熔剂保护是一种低成本的方法，这种方法不需要特殊的熔炼设备，只是在镁合金液的表面撒上熔剂，隔绝合金液与大气的接触，就能防止合金的氧化烧损，这里的熔剂种类很多，现在市场上有现成的熔剂出售，也可用硫磺等覆盖在合金液表面。但熔剂保护熔剂要产生大量的有害物质，既污染环境，又对操作者不利，并不是镁合金熔炼的首选。气体保护是一种比较环保的合金熔炼方法，其中SF6气体保护熔炼工艺在工业上已经得到成功应用，其作用主要是在镁液表面形成一层薄而致密的保护膜，阻断了空气与合金液的接触反应。由于SF6气体的温室效应是CO2的25000倍，因此，寻找其替代品已经引起各界的广泛关注。目前，工业上代替SF6的可行方法是0.5%~4%体积分数的SO2与空气混合，可以使镁液的表面氧化速度达到允许的范围内。

(3)镁合金的低压及差压铸造。低压及差压铸造是一种成熟、可靠、广泛应用的生产高致密度的有色合金铸件的有效方法。差压铸造是金属液在气体压力下经过升液管充填型腔，并在高压下结晶凝固，从而进一步提高铸件的致密度和性能。目前，低压及差压铸造已实际应用于汽车用镁合金铸件的生产。该技术的最新发展是真空倾转法差压铸造。

【成果类别】 应用技术