第 3 0卷第 2期 2 0 1 1年 2月 中国材 料进展 MATERI ALS CHI NA V o 1 3 O No 2 F e b 2 01 1 镁 合金铸 造成型 最新研 究进展 刘 正 ( 沈 阳工业 大学 材料科学与工程学 院 ，辽宁 沈 阳 1 1 0 8 7 0 ) 摘 要 ：近年来镁合金在汽车轻量化方面发挥了积极的作用。为了适应镁合金快速发展的需求 ，镁合金 的铸 造技术 ，尤其是 压铸 技术得到 了长足 的发展 。在传 统铸 造工艺的基础上介绍 了几种镁合金 铸造工 艺的新进 展 ，主要包 括镁合金 真空低压 消失 模铸造新技术 、镁合金液态 压铸 锻造双控成型技术 、充氧压铸技术 、真空压铸技 术 、半 固态压铸技 术 、镁合金 双辊连续铸 轧 技术及镁合金电磁连续铸造技术。 关键词 ：镁合金；铸造技术； 压铸工艺 中图分类号 ：T G 1 4 6 2 2 文献标识码：A 文章编号 ：1 6 7 4 3 9 6 2 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 1 0 0 6 Pr o g r e s s o n Re s e a r c h o f M a g ne s i um Ca s t i ng Te c hn i qu e LI U Zh e n g ( S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ，S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， S h e n y a n g 1 1 0 8 7 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ma g n e s i u m a l l o y h a s b e e n p l a y i n g a n i m p o a n t r o l e i n l i g h t w e i g h t i n g o f a u t o mo b i l e i n r e c e n t y e a r s I n o r d e r t o k e e p p a c e wi t h t h e f a s t d e v e l o p me n t o f ma g n e s i u m a l l o y ，g r e a t p r o g r e s s h a s b e e n ma d e f o r ma g n e s i u m c a s t i n g t e c h - n i q u e，e s p e c i a l l y t h e d i e c a s t i n g t e c h n i q u e B a s e d o n t h e t r a d i t i o n a l c a s t i n g t e c h n i q u e ，n e w p r o g r e s s e s o f s e v e r a l ma g n e s i u m c a s t i n g t e c h n i q u e s w e r e i n t r o d u c e d ，i n c l u d i n g ma g n e s i u m l o w p r e s s u r e e x p e n d a b l e p a t t e r n c a s t i n g p r o c e s s ，ma g n e s i u m l i q u i d d i e c a s t i n g f o r g i n g d o u b l e c o n t r o l f o r mi n g t e c h n o l o g y ，ma g n e s i u m p o r e f r e e d i e c a s t i n g p r o c e s s ，ma g n e s i u m v a c u u m d i e c a s t i n g p r o c e s s ，ma g n e s i u m s e mi s o l i d d i e c a s t i n g t e c h n o l o g i e s ，ma g n e s i u m t wi n r o l l e r c o n t i n u o u s c a s t i n g p r o c e s s ， a n d ma g n e s i u m e l e c t r o ma g n e t i c c o n t i n u o u s c a s t i n g p r o c e s s Ke y wor d s：m a g n e s i u m a l l o y ；c a s t i n g t e c h n i q u e ； d i e c a s t i n g t e c h n o l o g y 1 前 言 铸造是人类掌握 比较早的一种金属热加工工艺 ，已 有约 6 0 0 0年的历史。在所有的金属成 型方法 中，铸造 属于比较经济的毛坯成形方法，特别是对于汽车发动机 的缸体和缸盖，船舶螺旋桨 以及精致的艺术品等形状复 杂的零件 ，以及燃汽轮机的镍基合金零件等难以切削的 零件，铸造方法更能突显出它的优势 。 按照不同的划分方法 ，M g 合金零件的铸造成形方 法有砂型铸造 、金属型铸造 、低压铸造、消失模铸造、 压力铸造、挤压铸造以及新型的半固态铸造等。在这些 铸造方法中，对于大多数金属而言 ，砂型铸造 、金属型 铸造被用得较多 ，被认为是传统铸造。砂型铸造是 1 种 以砂作为主要造型材料 ，一般采用重力铸造 ，有特殊要 求时也可采用低压铸造 、离心铸造等工艺。砂型铸造的 收稿 日期 ：2 0 1 1一 O 11 1 基 金项 目：国家 9 7 3计划资助项 目( 2 0 0 7 C B 6 1 3 7 0 5 ) 通信作 者 ：刘正 ，男 ，1 9 5 7年生 ，教授 ，博 士生 导师 适应性很广 ，小件、大件 ，简单件 、复杂件，单件 、大 批量都可采用。砂型铸造的不足之处主要表现为：砂质 铸型只能浇注一次 ，获得铸件后铸型即损坏，必须重新 造型，所以砂型铸造的生产效率较低 ；又因为砂的整体 性质软而多孔，所 以砂型铸造的铸件尺寸精度较低，表 面也较粗糙 。金属型铸造既可采用重力铸造 ，也可采用 压力铸造 ，优点是模具能反复多次使用，每浇注一次金 属液，就获得一次铸件 ，寿命长 ，生产效率高，而且铸 件尺寸精度好 ，表面光洁，在浇注相同金属液的情况下 ， 铸件强度要比砂 型的更高，更不容易损坏，在大批量生 产有色金属的中、小铸件时，只要铸件材料的熔点不过 高，一般都优先选用金属型铸造。但是，金属型铸造也 有一些不足之处 ：因为耐热合金钢和在它上面做 出中空 型腔的加工都 比较昂贵 ，所以金属型的模具费用高。此 外，金属型的模具受模具材料尺寸和型腔加工设备、铸 造设备能力的限制 ，所以对特别大的铸件也显得无 能为 力。因而在小批量及大件生产中，很少使用金属型铸造。 进入 2 1 世纪 ，铸造 的发展速度很快 ，其重要 因素 之一是产品技术的进步 ，对铸件各种机械物理性能和机 第 2期 刘正 ：镁合金铸造成型最新研究进展 l 1 械加工性能的要求都在不断提高，为了适应快速发展的 高品质镁合金产品要求 ，镁合金铸造技术取得 了重大进 展 ，在传统的方法基础上探索出了一些新的方法。 2 镁 合金真 空低 压消失模 铸造新 技术 新型铸造技术 由于其诸多优点而被称为“ 2 l世纪的 新型铸造技术”及“ 铸造中的绿色工程” 。 。初步实验 研究表明，镁合金的特点非常适合消失模铸造工艺 。但 是 ，由于液态镁合金的热容量小 、流动性 和充型能力较 差 ，在重力下实施镁合金 的消失模铸造 ，很容易产生浇 不足 、冷隔等缺陷” 。华中科技大学将反重力的低压 N 铸造与真空消失模铸造有机地结合起来 ， 应用于 Mg ( A 1 ) 合金的液态精密成形，开发出了 1 种新的 Mg ( A 1 ) 合金真 空低压消失模铸造方法及其设备 。图 1为镁合金真空 低压消失模铸造原理图 。该铸造方法 的显著特点是 ， 金属液在真空和气压的双重作用下浇注充型， 液态 M g 合 金的充型能力较重力消失模铸造大为提高，可 以容易地 克服 M g 合金消失模铸造中常见的浇不足、冷隔等缺陷 ， 且不需太高的浇注温度 ， 因而是铸造高精度、薄壁复杂 Mg合金铸件的一种好 的方法。华 中科技大学 采用反重 力的真空低压消失模铸造方 法，浇注成形 了电机壳体 、 飞机导轮和排气管等多种复杂 的 M g 合金铸件 。 图 1 Mg镁合金真空低压 消失模 铸造工艺原理及测试 装置示意图 ：l真空泵 ，2数据采集系统 ，3 P C机 ，4模样 ，5干砂 ， 6砂箱， 7充型和气体保护控制柜， 8温控仪， 9电炉，1 0坩埚 ，1 1 升液管 ，1 2真空储气罐 F i g 1 Th e s c h e ma t i c i l l u s t r a t i o n o f ma g ne s i u m l o w p r e s s u r e e x p e n d a b l e p a t t e r n c a s t i n g p r o c e s s a n d t h e d a t a a c q uis it i o n s y s t e m ： 1 v a c - u u m p u mp， 2 d a t a a c q u i s i t i o n s y s t e m ， 3 p e r s o n a l c o n l p u t e r ，4 mo u l d， 5 d r y s a n d， 6 s a n d b o x， 7 c o n t r o l s y s t e m o f f i l l i n g a n d g a s p r o t e c t i o n ，8 t e mp e r a t u r e c o n t r o l l e r ，9 me l t i n g f u r n a c e ，l O c r u c i b l e ，】 1 l i q u i d l i f t i n g t u b e ，a n d l 2 g a s s t o r a g e j a r 3 镁 合金压铸技术 新进展 利用传统的压铸技术压铸 Mg合金 ，存在型腔内气 体以及由压铸涂料产生的气体无法顺利排 出的问题 。这 些气体在高压下或者溶解在 M g 合金 内， 或者形成许多 弥散分布在压铸件内的高压微气孔 。因此 ，铸件既不能 进行热处理强化 ，也不能在较高的温度下使用 。为了消 除这种缺陷，提高压铸件 的内在质量 ，扩大压铸件 的应 用范围，近 2 0年来 ，经过材料工作者的不懈努力 ，开发 出一些新的压铸技 术，包括铸锻 双控成 型、半 固态 压 铸 、触变注射成形技术 、充氧压铸技术 、真空压铸等。 3 1 液态压铸锻造双控成型技术 铸锻双控成型技术 是哈尔滨工业大学与香港佳瑞 集团近年合作研发的 1 种新型工艺 ，可以在 同一成型过 程 中连续完成压铸和锻造两种工艺 ，同时实现对零件形 状 、尺寸和性能的精确控制。铸锻双控成型不仅可以像 压铸一样控制零件形状 尺寸，而且可以使零件产生塑 性变形 ， 强度得到较大提高 ， 同时还可 以通过热处理提 高强度。因此， 铸锻双控成形工艺适合生产形状复杂和 高强度的汽车零部件和其他结构件。液态铸锻双控成形 工艺流程如图 2 所示。液态铸锻双控成形技术主要是通 过控制压射速度 、液料及模具温度 、锻造开始时间和锻 造力等参数来实现
