王小兵，王海亮，劉靜安

（1.河北力爾鋁業(yè)有限公司，邯鄲 057650；2.西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401326）

1 鎂及鎂合金的工藝特點(diǎn)

1.1 鎂的工藝性能

鎂容易被空氣氧化生成熱脆性較大的氧化膜。該氧化膜在焊接時(shí)極易形成夾渣，嚴(yán)重阻礙焊縫的成形，因此鎂合金的焊接工藝比鋁合金復(fù)雜。另外，鎂還具有很好的切削加工性能。

1.2 鎂合金的特點(diǎn)

在純鎂中加入某些有用的合金元素可獲得不同的鎂合金，它們不僅具有鎂的各種特性，而且能大大改善鎂的物理、化學(xué)性能和力學(xué)性能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。目前，已開發(fā)出幾十種不同性能的鎂合金，形成了鎂合金體系[1]。表1和表2分別列出了擠壓用鎂合金的主要化學(xué)成分及部分?jǐn)D壓產(chǎn)品的力學(xué)性能。

表1 主要鎂合金的化學(xué)成分與力學(xué)性能

表2 國產(chǎn)部分鎂合金產(chǎn)品的力學(xué)性能測定值

大多數(shù)鎂合金具有以下特點(diǎn)：

（1）鎂合金的密度比純鎂（1.738 g/cm3）稍高，為1.741.85 g/cm3，比鋁合金低36%，比鋅合金低73%，僅為鋼鐵的1/4，因而其比強(qiáng)度、比剛度很高。鎂合金是目前世界上最輕的結(jié)構(gòu)材料，采用鎂合金制作零部件，可減輕結(jié)構(gòu)重量，降低能源消耗，減少污染物排放，增大運(yùn)輸機(jī)械的裝載量和速度，是航空、航天、交通運(yùn)輸工具輕量化的良好材料[2]。

（2）鎂合金的比彈性模量與高強(qiáng)度鋁合金、合金鋼大致相同，用鎂合金制造剛性好的整體構(gòu)件十分有利。鎂合金的焊合性能和抗疲勞性能也不錯(cuò)。

（3）鎂合金彈性模量較低，當(dāng)受外力作用時(shí)應(yīng)力分布更為均勻，避免了過高的應(yīng)力集中。

（4）鎂合金有高的振動(dòng)阻尼容量，即高的減振性、低慣性。

（5）鎂及鎂合金在高溫和常溫下都有一定的塑性，因此可用壓力加工的方法獲得各種規(guī)格的棒材、管材、型材、鍛件、模鍛件和板材以及壓鑄件、沖壓件和粉材等。但其形成性遠(yuǎn)低于鋼和鋁合金等金屬。

（6）鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性能，其切削速度大大高于其它金屬，因其較高的穩(wěn)定性，鑄件的鑄造和加工尺寸精度高。

（7）鎂在堿性環(huán)境下是穩(wěn)定的，有較好的抗鹽霧腐蝕性能。

（8）鎂與鐵的反應(yīng)性低，壓鑄時(shí)壓鑄模熔損少，使用壽命長，鎂的壓鑄速度比鋁高。

（9）鎂在鑄造工業(yè)方面具有較大的適用性，幾乎用所有的特種鑄造工藝都可以對(duì)其進(jìn)行鑄造。

與其它合金材料相比，鎂合金也存在如下缺點(diǎn)：

（1） 鎂的化學(xué)活性很強(qiáng)，在空氣中易氧化，易燃燒，且易產(chǎn)生氧化膜疏松，所以鎂合金必須在專門的溶劑覆蓋下或保護(hù)氣氛下熔煉。加工車間和制粉車間要特別注意防火。

（2）抗鹽水腐蝕能力差，因此必須進(jìn)行防腐處理。

（3）同鋼鐵材料接觸時(shí)，易產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。

（4）其制品在楊氏模量、疲勞強(qiáng)度和沖擊值等方面的性能比鋁低。當(dāng)代替鋁合金制零件時(shí)，厚度要增加，有時(shí)得不到所期望的輕量化效果。

（5）有些鎂合金的鑄造性能差，凝固時(shí)易產(chǎn)生顯微氣孔，因而會(huì)降低鑄件的力學(xué)性能。

（6）鎂合金鑄件的綜合成本比鋁合金高，加工件的價(jià)格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁合金。

（7）鎂合金耐高溫性能較差，耐磨性能也比較低。

2 擠壓工藝流程與主要特點(diǎn)

目前熱擠壓是鎂合金最主要的塑性加工方法。與變形鋁合金的擠壓加工一樣，變形鎂合金可采用正向擠壓，也可以采用反向擠壓，可用單動(dòng)擠壓機(jī)也可以用雙動(dòng)擠壓機(jī)，可用臥式擠壓機(jī)也可用立式擠壓機(jī)，可用Confrom 連續(xù)擠壓法也可以用靜液擠壓法來擠壓棒、管、型、線材。一般來說，凡是用于擠壓鋁合金制品的擠壓機(jī)和擠壓方法基本適用于擠壓鎂合金制品，只不過工藝參數(shù)和配套設(shè)備有所差異而已。典型鎂合金擠壓生產(chǎn)工藝流程如圖1所示[3-4]。

圖1 鎂及鎂合金擠壓產(chǎn)品典型工藝流程

鎂及鎂合金的擠壓工藝與鋁合金的擠壓工藝大致相同，主要的區(qū)別有以下幾點(diǎn)：

（1）加熱方式：鎂合金只允許在空氣電阻爐中加熱；鋁合金可在空氣電阻爐或感應(yīng)爐中加熱，還可以用天然氣爐加熱。

（2）擠壓溫度：鎂合金擠壓溫度稍低，為防止鎂錠燃燒，各種合金允許加熱的最高溫度為470 ℃；鋁合金最高加熱溫度可達(dá)到550 ℃。

（3）擠壓速度：鎂合金擠壓速度最高可達(dá)20 m/min，比硬鋁合金的快，但只有軟鋁合金擠壓速度的1/3~1/5左右。

（4）模具尺寸：鎂合金熱擠壓材的收縮率比鋁合金大，而且模具承受的變形抗力大，模具設(shè)計(jì)時(shí)要求承受更大的擠壓力，并千方百計(jì)減少金屬擠壓時(shí)的變形抗力。

（5）張力拉矯：鎂合金擠壓材要在加熱到100~250 ℃的條件下拉矯，這需要專用設(shè)備。鋁合金擠壓材可在室溫中拉矯。

3 工藝制度的確定原則及參數(shù)舉例

（1）工藝制度的確定原則。鎂及鎂合金擠壓工藝制度主要由以下指標(biāo)：擠壓方法、鑄錠尺寸、溫度范圍、擠壓速度、擠壓系數(shù)、接觸摩擦的形式、力能參數(shù)和?？仔螤畹扰c其相關(guān)的相圖、再結(jié)晶圖和塑性變形圖等相互對(duì)比來確定。通過反復(fù)試驗(yàn)對(duì)比和大量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析后選擇并確定最佳工藝參數(shù)，以保證擠壓過程高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低成本和高效益地順利進(jìn)行[5]。

（2）鎂及鎂合金擠壓工藝參數(shù)主要包括合金狀態(tài)、產(chǎn)品品種與形狀規(guī)格，擠壓筒尺寸，擠壓溫度，擠壓速度，擠壓系數(shù)（擠壓比），摩擦潤滑條件，?？仔螤钆c個(gè)數(shù)，單位擠壓力的確定與計(jì)算等。鎂合金的可擠壓性比鋁合金稍差，擠壓工藝參數(shù)的確定也比鋁合金嚴(yán)格一些。鎂合金的擠壓溫度范圍為300~450 ℃，擠壓比為10~100，擠壓速度為0.5~25 m/min。

鎂合金坯料在擠壓過程中會(huì)生成大量的熱，必須采取冷卻措施將熱量充分散發(fā)，否則坯料溫度達(dá)到或超過固相線時(shí)會(huì)導(dǎo)致鎂合金熱裂。表3~表9示出了不同鎂合金品種、形狀與規(guī)格、坯料尺寸和擠壓條件下的不同擠壓工藝制度。

表3 鎂合金的擠壓溫度制度

表4 鎂合金的最佳擠壓速度

表5 擠壓工模具的預(yù)熱溫度

表6 均勻化處理及擠壓前的加熱規(guī)范對(duì)擠壓AZ31B合金擠壓力的影響

表7 不同溫度下4種鎂合金反向擠壓所需壓力（試樣的截面收縮率85%）

表8 AZ31B鎂合金分流模擠壓管材擠壓比與管材質(zhì)量關(guān)系

表9 某些鎂及鎂合金材料的擠壓工藝規(guī)范

4 小結(jié)

鎂及鎂合金具有一系列優(yōu)越特性，是一種很有發(fā)展前途的新型金屬材料。熱擠壓是鎂合金塑性成形的主要方法，鎂擠壓材在國民經(jīng)濟(jì)、國防軍工和人民生活中的應(yīng)用日顯廣泛。因此，應(yīng)盡快發(fā)展若干條現(xiàn)代化的鎂擠壓材生產(chǎn)線，加速我國從鎂資源大國、產(chǎn)量大國、出口大國向真正的鎂業(yè)強(qiáng)國進(jìn)軍的步伐。