镁合金材料应用简介庄顺英zsy@摘要:：以下是转载，主要介绍镁合金材料的特性、种类、成型条件和处理工艺。

关键词: 如：性能，特点，压铸设备，成型技术等镁合金材料一直是作为机械零件来应用的，近年来，由于3C产品的轻薄化，使得镁合金产品在3C领域有着较为广泛的应用。

这种金属材料的特点，决定了它的加工方式与注塑产品有很大的不同，所以在这里对镁合金材料做个简单的介绍，主要包括镁合金材料简介、镁合金压铸设备简介、镁合金压铸模具简介和典型零件工艺流程简介，给大家在设计镁合金产品时做一个参考。

一、镁及镁合金材料简介1、物理化学性能镁为银白色金属，原子序数为12，原子量为24，是目前实际应用中重量最轻的结构金属。

镁的密度1.74 g/cm3，熔点650℃，沸点1107℃，比热1.03KJ/(kg* K)，线胀系数26×10-6/ K，弹性模量45GPa（在常用金属中是最低的）。

气氧化，生成一层很薄的氧化膜，但这种薄膜不致密，疏松多孔，而且脆性较大，远不如铝合金氧化膜坚实，所以镁的耐蚀性很差。

镁属于活泼金属，化学活性很强，与其他金属接触时会产生电化学腐蚀，即使皮膜处理后，也不能完全防止腐蚀。

2、机械性能及合金化纯镁的机械性能较低，屈服强度σs=90MPa,抗拉强度σb=200MPa,延伸率：δ=11.5%,断面收缩率ψ=12.5%，一般不能直接用做结构材料。

因此，人们根据不同的使用要求，在镁中加入铝、锌、锰、硅、锆、铈等合金元素，创造出多种不同性能的镁合金。

铝的合金化可以改善机械强度，提高铸造性能，同时赋于材料热处理强化效果，但随着铝含量的增加，材料的延展性和断裂强度逐渐下降。

锌的合金化能改善机械强度，在含量适当时，能改善合金的塑性，但锌对铸造性能有不利的影响，增加形成疏松和热裂纹的倾向。

锰的合金化对提高耐腐蚀性能也十分有利，因为Mn可与合金中的Fe形成化合物作为熔渣被排除，消除Fe对镁合金耐蚀性的有害影响。

硅和其它稀有元素的镁合金，能促使形成细小的微粒分布在晶粒的周围，改善镁合金的高温蠕变性能，当然，这些合金在室温下也具有良好的机械性能。

合金化的个作用：第一，提高镁的机械性能；第二，降低液相温度，增加流动性，改善镁合金的铸造性能，减小收缩倾向；第三，针对镁合金在150℃以上，强度显著下降的特点，增强镁合金的高温抗蠕变性能。

3、镁合金的命名在国内的镁合金行业和台湾，镁合金的命名基本都是沿用美国ASTM标准。

镁合金的命名规则见下表：4、镁合金的分类镁合金按成形工艺方法，分为变形镁合金和铸造镁合金两种，当然，针对材料的成形特点，其合金元素是不一样的。

由于变形镁合金工艺技术尚没有大规模的商用，在这里就不介绍了。

当前的镁合金产业，主要使用铸造成形工艺，而且基本上都是采用压铸成型，这里就主要介绍压铸镁合金。

目前工业上应用的压铸镁合金主要有4个系列，即AZ系列（Mg-Al-Zn）、AM系列（Mg-Al-Mn）、AS系列（Mg-Al-Si）、AE系列（Mg-Al-稀土）。

最常用的压铸镁合金是AZ91系列，其具有优良的压铸性能和机械强度，具有较好的延展性，同时可以进行热处理强化。

主要用来制造汽车零件、计算机零件、手机零件、运动器材、种外壳和盖、支架、电动工具等。

AM系列含有较少量的铝，具有高的延展性和较好韧性，适合冲击载荷。

主要制作安全性能要求较高的零件，AM60和AM50在汽车备件中得到很多的应用，如仪表板、方向盘和底座等。

目前AZ及AM这两个系列合金占汽车镁构件的90%，但它们在150℃以上时强度显著下降。

为改善合金在150℃以上的抗蠕变能力，开发的AS41系列合金，能在170℃范围内，同时具有较好的伸长率、屈服强度、抗拉强度。

利用稀土元素对Mg-Al基合金强度及抗蠕变能力的有利影响，开发的AE42系列合金，比AS41系列合金具有更强的抗蠕变抗力，能在200-250℃下长期使用。

材料选择上，除非有特殊的性能要求，AZ91系列合金应该是第一选择，因为随铝含量的减少，铸造性能下降，要求较高的铸造温度，因此在满足性能的前提下，尽可能选择含铝量大的镁合金。

5、镁合金的特点综合来讲，镁合金有以下特点：●密度小，重量轻镁合金密度为铝合金的2/3，铁合金的1/4，为塑料的1.5倍，是所有结构用合金中最轻的。

●比强度（用强度与密度之比来衡量）高从上表看，镁合金的屈服强度在230-250MPa，比一般的金属及合金低，但是其密度小，比强度比铝合金、钢、塑料都高。

也就是说，等强度设计时，重量比其它材质轻。

●比刚度（用弹性模量与密度之比来衡量）高镁合金的比刚度与铝合金、钢相当，约是塑料的2倍。

●吸振性好镁合金的弹性模量小，更容易吸收外来的冲击，可使用在减振吸噪场合。

●出色的EMI保护性能镁合金是金属，本身就是优良导体，抗电磁干扰，也可以用作屏蔽零件。

●良好的热导性铝合金的导热系数在常用金属中是最高的，镁合金的热导率仅次于铝合金。

●良好的充型能力镁合金熔融液体粘性低，流动性好，易于铸造充型。

●优良的切削加工性镁合金导热性能良好，硬度、强度适中，加工时不易损刀。

●不侵蚀铁和钢镁不与铁元素合金化，可延长压铸型腔的使用寿命。

●抗蚀性差镁合金使用时要采用氧化处理和涂装等保护措施来防止表面氧化。

同时也可以利用该特点，把镁合金作为电化学腐蚀的阳极，防止其它金属腐蚀。

广泛应用于长距离输送的地下铁制管道、石油储罐和轮船壳体的等的保护上。

●环保材料镁合金可完全回收循环使用，可再生利用性好，对环境无污染。

正是由于这些特点，镁合金被广泛应用于汽车、摩托车、航天、航空、军事、家电及3C等领域。

二、镁合金压铸设备简介镁合金行业最常用的成型方法是压铸，压铸时，由于压射速度高，当镁液充填到模具型腔时，不可避免会有金属液紊流及卷气现象发生，造成工件内部和表面产生孔洞缺陷。

近年来为解决压铸的一些生产缺陷发展起来的半固态射出成型技术，在慢慢的兴起应用，下面对这两种铸造方法及设备作简单介绍。

1、压铸压铸是压力铸造的简称，是将熔融合金在高压、高速条件下充型，并在高压下冷却凝固成型的一种精密铸造方法，其最终产品是压铸件。

根据把镁液送入金属型腔的方式，压铸机可分为热室压铸机和冷室压铸机两种。

●热室压铸机压室直接浸在坩埚内镁液中，长期处于被加热状态，压射部件装在坩埚上方。

每个工作循环，直接压铸坩埚内的镁液，生产快速、连续，易实现自动化。

优点：生产工序简单，效率高；金属消耗量少，工艺稳定；压入型腔的镁液较干净，铸件质量较好；镁液压人型腔时流动性好，适于压薄壁件。

缺点：压室、活塞及坩埚长期浸在镁液中，影响使用寿命；对这些热作材料要求较高。

镁合金热室压铸机更适合生产一些薄壁而外观要求较高的零件，如手机和掌上电脑外壳等，但由于工作循环中增压较小，一般不适用于汽车、航天航空等大型、厚壁、大载荷的零件。

●冷室压铸机每个工作循环，由手工或自动定量给料装置把镁液注入压室内，铸造周期比热室压铸机要长些。

特点是：压射压力高，压射速度快，可以生产薄壁件，也可以生产厚壁件，适用范围宽；压铸机大型化，且压铸合金种类容易更换，也可与铝合金并用；压铸机的易损件比热室压铸机的便宜。

多数情况下，对大型、厚壁、大载荷和有特殊要求的压铸件采用冷室压铸机生产。

●影响因素影响压铸成型的因素很多，主要有：压射压力，充填速度，浇注温度，模具温度。

◆压射压力压射压力，在充模结束时，压射冲头作用在金属液面上的压力，一般在压铸机基本参数中已给出。

压射比压：在充模结束时压射冲头作用在单位面积金属液面上的压力。

压射比压P = 4F/πd2 ，其中F为压射压力，d为压室直径。

压射比压与压射压力成正比，与压射冲头的截面积成反比，其大小可通过调节压铸机的压射压力和更换不同直径的压室来实现。

压射比压是确定压铸件成形及致密性的重要参数，压射比压过大会提高压铸机吨位，从而增加压铸件的成本，压射比压过小，就会使压铸件产生充不满、气孔等缺陷，从而影响铸件质量。

◆充填速度充填速度，是指熔融金属地压射冲头压力的作用下，通过内浇口时的线速度。

影响充填速度的因素有压射速度，压射比压和内浇口截面积等。

根据等流量连续方程：A1*V1 = A2*V2V1：压射速度(m/s)A1：压室冲头面积(m2)V2：充填速度(m/s)A2：内浇口截面积(m2)在设计压铸模时，内浇口一般预留出修模位置，以便在试模时修整截面大小。

若内浇口面积过小，充型压力损失增加，加大压铸机负荷，而且充填速度过大，液态金属呈喷射状高速进入型腔，容易冲蚀型腔，影响模具寿命，而且内部组织气孔量增加。

当浇口尺寸足够大以后，充填速度控制主要是通过调节压射速度来实现。

◆浇注温度镁合金熔点在650℃左右，一般浇注温度选择为660～680℃。

浇注温度过低不利于充型，易产生冷隔、充型不满等缺陷，浇注温度过高则易产生毛刺及在压铸件内形成严重的缩孔、疏松缺陷，并加重对压铸型腔的热冲击。

◆模具温度一般模具温度选择为200～220℃。

压铸模温过低，会使冷速过快，导致压铸件表面快速形成硬壳，不利于充型和凝固补缩，易形成冷隔；模温过高则易造成粘模拉伤。

2、半固态射出成型技术半固态射出成型法，是为了改善压铸的缺陷，近年来由美国THIXOMAT公司新发展出来的成型技术，是利用射出机将管料内加热到半固态、且具有球状固相的镁合金浆料送入模具内成型的方法。

加工出来的产品，材料具有高致密性，适合高强度要求场合，是具竞争力的镁合金成型方法。

因为射出的材料是半固态，所以流动性较低，属层流模式，比较不会产生卷气问题，工件表面孔洞缺陷比较少。

射出成型周期是压铸的2-3倍。

此外，半固态材料凝固收缩量小，故成品尺寸容易控制，也比较不会变形。

半固态射出成型法，用的原料是3-5mm长的镁粒，成本比压铸用的镁锭高。

半固态射出成型法，需要的工作压力比压铸大得多，机器成本比压铸高，维护费用高，整体投资成本也比压铸造高。

三、镁合金压铸模具简介1、压铸模的使用特点在压铸过程中，压铸模的工作条件极其恶劣，它们经受机械磨蚀、化学侵蚀和热疲劳的反复作用。

◆金属液在高压、高速下进入型腔，对模具成形零件的表面产生激烈的摩擦和冲击，使模具表面产生侵蚀和磨损。

◆金属液在浇注过程中难免有杂质带入，杂质与型腔表面产生复杂的化学作用，如铜合金中的锌较快地扩散到模具表面，形成一种较脆的化合物，铝和铁的化合物像刀刃一样，加速了裂纹的形成和发展。

◆热应力是模具成形零件表面产生裂纹的主要原因。

由于模具材料热传导的关系，成型时模具内表面温度急剧上升，与内部产生很大的温差，从而产生内应力。

当金属液充填型腔时，型腔表层首先达到高温而膨胀，而内层模温较低，相对的膨胀量小，使表层产生压应力。

开模后，型腔表面与空气接触，受到压缩空气及涂料的激冷而产生拉应力。