1、鎂合金壓鑄是一個(gè)集設(shè)計(jì)、制造與研究于一體的系統(tǒng)工程，鎂合金壓鑄工作者與從事鋅、鋁合金壓鑄的人員相比，應(yīng)具有更全面的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和研究開發(fā)能力。
      汽車用鎂合金主要是壓鑄類產(chǎn)品，采用鎂壓鑄件使汽車質(zhì)量減輕，耗油量減少，排出廢氣減少；且鎂合金壓鑄件具有降噪減振性能和鑄造精度高等優(yōu)點(diǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)效益好，是汽車輕量化最有希望的重要材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。
      我國是鎂資源極其豐富的國家，但由于目前我國在鎂合金壓鑄技術(shù)和應(yīng)用方面處于落后地位，鎂資源大部分以初級(jí)產(chǎn)品形式出口國外，鎂的出口生產(chǎn)量遠(yuǎn)大于國內(nèi)消費(fèi)量。隨著國內(nèi)汽車工業(yè)及計(jì)算機(jī)、信息、通訊、儀表、航空航天等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國的鎂合金壓鑄工業(yè)也必將在強(qiáng)手如林的世界市場上占有一席之地。

      2、壓鑄鎂合金的研究
      鎂合金的密度小于2G／CM3，是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，略低于比強(qiáng)度最高的纖維增強(qiáng)塑料；其比剛度與鋁合金和鋼相當(dāng)，遠(yuǎn)高于纖維增強(qiáng)塑料；其耐腐蝕性比低碳鋼好得多，已超過壓鑄鋁合金A380；其減振性、磁屏蔽性遠(yuǎn)優(yōu)于鋁合金；鑒于鎂合金的動(dòng)力學(xué)粘度低，相同流體狀態(tài)（雷諾指數(shù)相等）下的充型速度遠(yuǎn)大于鋁合金，加之鎂合金熔點(diǎn)、比熱容和相變潛熱均比鋁合金低，故其熔化耗能少，凝固速度快，鎂合金實(shí)際壓鑄周期可比鋁合金短50％。此外，鎂合金與鐵的親和力小，固溶鐵的能力低，因而不容易粘連模具表面，其所用模具壽命比鋁合金高2～3倍。
      常用的壓鑄鎂合金大多是美國牌號(hào)AZ91，AM60，AM50，AM20，AS41和AE42，分別屬于MG－AL－ZN，MG－AL－MN，MG－AL－SI和MG－AL－RE四大系列。對與壓鑄鎂合金，目前主要有以下幾個(gè)方面的研究：
      （1）高溫使用性能：目前AZ及AM兩個(gè)系列的鎂合金壓鑄件占汽車用鎂合金壓鑄件的90％，這兩個(gè)系列的鎂合金在150℃以上強(qiáng)度均明顯下降?，F(xiàn)已開發(fā)出150℃以上抗蠕變能力的AS系列壓鑄鎂合金，如AS41A合金（MG43％AL1％SI0.35％MN），其175℃蠕變強(qiáng)度優(yōu)于AZ91D和AM60B，且有較高伸長率、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。大眾公司BEETLE發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱以前一直采用AS41和AS42，最近采用的一種改進(jìn)的合金AE42在高溫下的蠕變性能則更好些。某些微量元素如稀土元素Y、ND、SR等，對壓鑄鎂合金具有明顯的晶粒細(xì)化作用，可提高壓鑄鎂合金的強(qiáng)度和抗蠕變能力，如最近研制的AE42的抗蠕變能力優(yōu)于傳統(tǒng)MGALSI合金，可在200～250℃長期使用。但AS和AE合金對高溫性能的改善仍是有限的，其鑄造性能比AZ和AE合金要差，加之稀土元素成本高，使生產(chǎn)和應(yīng)用受到一定限制。
      （2）延展性：目前，鎂壓鑄件在需要安全及高斷裂韌性的用途上增長非常迅速。在工作情況下要提高吸收能量的能力，就應(yīng)提高材料的斷裂韌性。通過在合金中減少鋁，可以做到這點(diǎn)。AM60和AM50在儀表板托架、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)軸及座椅等安全部件上得到廣泛應(yīng)用，AM20目前還應(yīng)用到座椅的后背框架。另外，斷裂延伸率與溫度關(guān)系也是相當(dāng)密切的，尤其是在約50℃以上時(shí)，隨溫度的增加而增加。
      （3）鎂合金的耐蝕性：耐蝕性也曾是鎂合金擴(kuò)大應(yīng)用的一大障礙。鎂的化學(xué)活性高，以鎂為基的合金和復(fù)合材料易發(fā)生微電池腐蝕，一般低純度壓鑄鎂合金的耐蝕性差。嚴(yán)格規(guī)定了FE，NI，CU等雜質(zhì)元素的高純度壓鑄鎂合金（如AZ91D），以及含稀土的AE42，其鹽霧試驗(yàn)的耐蝕性已超過壓鑄鋁合金A380，遠(yuǎn)好于低碳鋼。調(diào)整化學(xué)成分、表面處理和控制微觀組織等均可改善其耐蝕性。盡管提高鎂合金件耐蝕性的方法眾多，但若不從材質(zhì)本身解決問題，耐蝕性差始終是鎂合金件獲得大量應(yīng)用的一個(gè)技術(shù)障礙。
      （4）阻燃鎂合金：在鎂合金中添加AL（2.5％）、BE合金（BE加入量為0.0005％～0.03％）或含CA合金，也可有效地防止鎂合金液的氧化。目前，一些研究者正在從事具有阻燃性能鎂合金的研究，這一研究一旦獲得成功，則鎂合金就像鋁合金一樣熔煉和鑄造，獲得更為廣泛的應(yīng)用前景。
      （5）鎂合金基復(fù)合材料：用碳化硅等顆粒增強(qiáng)的鎂合金基復(fù)合材料已進(jìn)行了多年的研究開發(fā)，目前雖尚未達(dá)到在壓鑄領(lǐng)域商業(yè)應(yīng)用的階段，但已用砂型鑄造、精密鑄造等方法制成了葉輪、自行車曲柄、汽車缸套等鑄件，并有將這種復(fù)合材料與半固態(tài)鑄造相結(jié)合，應(yīng)用于壓鑄和擠壓鑄造領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

      3、鎂合金壓鑄方式
      鎂合金可用冷室或熱室壓鑄機(jī)壓鑄。目前對熱室壓鑄機(jī)的改進(jìn)主要包括：采用儲(chǔ)能器增壓，壓射柱塞的壓射速度可達(dá)6M／S；感應(yīng)加熱鵝頸管和噴嘴，使之保持最適宜溫度；采用雙爐熔化保溫，并采用絕熱裝置和再循環(huán)管道，精確保持熔池溫度。當(dāng)用普通冷室壓鑄機(jī)壓鑄鎂合金時(shí)，必須對壓鑄機(jī)的壓射系統(tǒng)和自動(dòng)給料系統(tǒng)進(jìn)行必要的改造，使之適用于鎂合金壓鑄的要求。改造的內(nèi)容包括：（1）將壓射系統(tǒng)的快壓射速度由壓鑄鋁合金時(shí)的4～5M／S提高到6～10M／S；（2）縮短增壓過程的建壓時(shí)間；（3）提高壓射力；（4）采用電磁自動(dòng)定量給料裝置，防止鎂合金在澆注過程中氧化；（5）如采用真空壓鑄等特種壓鑄工藝時(shí)，配置必要的配套設(shè)備。
      與其他壓鑄合金一樣，傳統(tǒng)的壓鑄技術(shù)使鎂合金液以高速的紊流和彌散狀態(tài)充填壓鑄型腔，氣體在高壓下或者溶解在壓鑄合金內(nèi)，或者形成許多彌散分布在壓鑄件內(nèi)的高壓微氣孔。因此用傳統(tǒng)壓鑄方法生產(chǎn)的鎂合金壓鑄件不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，也不能在較高溫度下使用。為了消除這種缺陷，提高壓鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，擴(kuò)大壓鑄件的應(yīng)用范圍，近20年來研究開發(fā)了一些新的壓鑄方法，其中包括充氧壓鑄，半固態(tài)金屬流變或觸變壓鑄和擠壓鑄造，以及幾經(jīng)起伏的真空壓鑄等。
      真空壓鑄通過在壓鑄過程中抽除型腔內(nèi)的氣體而消除或顯著減少壓鑄件內(nèi)的氣孔和溶解氣體，提高壓鑄件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量。目前已成功地在冷室壓鑄機(jī)上用真空壓鑄法生產(chǎn)出AM60B鎂合金汽車輪轂，在鎖型力為2940KN的熱室壓鑄機(jī)上生產(chǎn)出AM60B鎂合金汽車方向盤零件，鑄件伸長率由8％提高至16％。
      充氧壓鑄又稱無氣孔壓鑄（PORE－FREEDIECASTINGPROCESS，即P。F法）。該法在金屬液充型前，將氧氣或其他活性氣體充入型腔，置換型腔內(nèi)的空氣，金屬液充型時(shí)，活性氣體與充型金屬液反應(yīng)生成金屬氧化物微粒彌散分布在壓鑄件內(nèi)，從而消除壓鑄件內(nèi)的氣體，使壓鑄件可熱處理強(qiáng)化。日本輕金屬（株）用充氧壓鑄法生產(chǎn)計(jì)算機(jī)的AZ91鎂合金整體磁頭支架，代替原先的多層疊合支架，不但減輕了支架重量，并且取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。該公司還用充氧壓鑄法成批生產(chǎn)了AM60鎂合金汽車輪轂和摩托車輪轂，與鋁輪轂相比，重量減輕15％。
      近年來美國、日本和英國等國的公司相繼成功開發(fā)出鎂合金半固態(tài)觸變射壓鑄造機(jī)。鎂合金半固態(tài)觸變射壓鑄造機(jī)以一定壓力將半固態(tài)鎂合金射入壓鑄型內(nèi)而使之成形，其工作原理類似于注塑機(jī)。它將預(yù)制的非枝晶態(tài)鎂粒送入螺旋給料機(jī)構(gòu)，在螺旋給料機(jī)構(gòu)中將鎂粒加熱到半固態(tài)，并通過螺旋給料機(jī)構(gòu)另一端的鎂合金漿料收集室將半固態(tài)鎂合金漿料送入壓射室進(jìn)行射壓成形。這種鑄造成形方法代表了鎂合金鑄件生產(chǎn)的一個(gè)發(fā)展方向。

      4、鎂合金熔煉作業(yè)與安全生產(chǎn)
      由于鎂合金液很容易氧化，而且表面生成的氧化膜是疏松的，其致密系數(shù)α值僅為0.79，不能防止合金繼續(xù)氧化。鎂合金液與大氣中氧、水蒸氣、氮反應(yīng)生成不熔于鎂液的難熔的MGO、MG3N2等化合物，混入鑄型后即形成“氧化夾渣”。因此，熔煉合金時(shí)防氧化至關(guān)重要。鎂合金的熔體保護(hù)主要有兩種方法，即熔劑保護(hù)和氣體保護(hù)。
      用保護(hù)熔劑熔煉通常會(huì)帶來以下問題：（1）氯鹽和氟鹽高溫下易揮發(fā)產(chǎn)生有毒氣體，如HCL，CL2，HF等；（2）由于熔劑的密度較大，部分熔劑會(huì)隨同鎂液混入鑄型造成“熔劑夾渣”；（3）熔劑揮發(fā)產(chǎn)生的氣體有可能滲入合金液中，成為材料使用過程中的腐蝕源，加速材料腐蝕，降低使用壽命。
      目前多數(shù)廠家使用氣體保護(hù)，即用干燥的SF6、N2、CO2、SO2氣體中的2～4種組成混合氣體，在鎂合金熔池表面形成致密的連續(xù)薄膜以阻止鎂合金液的氧化。SF6不是毒性氣體，但它對地球的溫室效應(yīng)比CO2嚴(yán)重24000倍，而鎂工業(yè)的SF6用量占世界總用量的7％（1996年），將來必然會(huì)限制其用量乃至停止其使用，但目前尚未找到SF6的合適替代物。研究表明，用硫磺粉末撒于熔池表面形成的SO2對鎂合金液有保護(hù)作用。
      鎂合金壓鑄件生產(chǎn)的危險(xiǎn)大多由加工及后處埋過程中的過失所引起。據(jù)日本方面統(tǒng)計(jì)，鎂合金壓鑄件生產(chǎn)過程中引發(fā)的危險(xiǎn)，熔煉占25％，鑄造占10％，加工占39％，貯藏及廢棄物占16％，電氣占3％，其他占7％。顯然，加工和后處理過程的危險(xiǎn)性超過壓鑄過程3～4倍。加工過程中，無論是噴砂、車削、銑削、拋光等，均不可避免會(huì)產(chǎn)生鎂塵屑及火花，如廠房內(nèi)通鳳不良，空氣中鎂塵濃度過大，一旦火花與空氣或地面的鎂塵接觸，輕則燃燒，重則爆炸。因此廠房內(nèi)必須安裝集塵器并配備防火砂及防火設(shè)施。

      5、壓鑄型設(shè)計(jì)
      由于鎂合金的化學(xué)、物理參數(shù)及壓鑄特性與鋁合金有很大差異，因此鑄型設(shè)計(jì)則不能完全套用鋁合金壓鑄型設(shè)計(jì)原則。
      鎂合金液易氧化燃燒，鑄造時(shí)熱裂傾向比鋁合金大，在熔化、澆注及壓鑄型溫控制等方面都比鋁合金壓鑄復(fù)雜。鎂合金充型時(shí)間短，排氣問題尤為突出，鎂合金的比熱容和相變潛熱均比鋁合金低，因而壓鑄過程中容易發(fā)生局部（薄截面部位）提前結(jié)晶現(xiàn)象，導(dǎo)致補(bǔ)縮通道堵塞，產(chǎn)生澆不足的缺陷。鎂合金壓鑄型設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面：
      （1）壓鑄機(jī)選擇。采用何種形式的壓鑄機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)主要取決于鑄件的壁厚。ROLANDFINK在對“鎂合金壓鑄工藝的優(yōu)化”問題進(jìn)行研究的過程中，通過對鎂合金壓鑄經(jīng)濟(jì)性、冷室壓鑄和熱室壓鑄過程分析提出，一般情況下小于1KG的鑄件需要采用熱室壓鑄機(jī)，以保證薄壁件的充滿，大件則推薦采用冷室壓鑄機(jī)。
      （2）工藝參數(shù)。在壓鑄生產(chǎn)過程中，選擇合適的工藝參數(shù)是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件發(fā)揮壓鑄機(jī)最大生產(chǎn)率的先決條件，是正確設(shè)計(jì)壓鑄模的依據(jù)。壓鑄時(shí)，影響合金液充填成型的因素很多，其中主要有壓射壓力、壓射速度、充填時(shí)間和壓鑄模溫度等等。由于壓鑄件壁厚和復(fù)雜程度的不同，工藝參數(shù)選擇的變化范圍很大。鎂合金同鋁、鋅合金相比，流動(dòng)性更好，因此二級(jí)壓射速度可以更大，鎂合金的沖頭速度比鋁合金快約30％，最大甚至超過10M／S。由于鎂合金鑄造性能如流動(dòng)性對型溫和澆注溫度相當(dāng)敏感，在充型過程中鎂合金液極易凝固，必須精確控制型溫和澆注溫度，否則就易出廢品。