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镁合金知识培训

技术培训资料

一、镁合金材料的优越性

1、重量轻镁金属是所有商业金属中重量最轻的金属，按ρ=1.8g/cm3计算，镁合金比聚合物（塑料）轻20%，比铝轻30%。

2、比强度高即镁合金的强度与质量之比高，具有一定的承载能力。

3、弹性模量小，抗震力强,耐冲击，吸振性好；刚性好，表示长期使用不易变形，尺寸稳定。

4、抗电磁干扰及屏蔽性好，防辐射，无磁性。

5、色泽鲜艳美观，并能长期保持完好如新。

6、对环境无任何影响镁金属极其合金是一种环保型材料，，对环境无污染，其废料回收利用率高达85%以上，回收利用的费用仅为相应新材料价格的4%左右。

7、成型性好

8、散热性好

9、切削加工性能好

镁元素

元素符号

元素英文名称

原子序

原子量

原子密度（g/ml）

沸點（oC）

熔點（oC）

Magnesium

24.312

1.74

1107

650

二、镁合金压铸的优势

模具寿命和生产效率

钢模具型腔的热裂和热冲击，是多年来一直困扰压铸工作人员的两个问题。

在压铸铝合金时，在压射了10.000次后，就发现冲击的痕迹和热裂，这并不少见。

只要模具一开始投入使用，它型腔的钢材就慢慢被损伤；当压铸了150.000-200.000次以后，就要更换模具了。

有的时候，模具的寿命可能更短些。

镁合金与铝合金不同，它不像铝合金那样侵袭型腔的钢材。

根据实际的资料，压铸镁合金的模具的寿命约为铝合金模具的3-4倍。

有许多镁合金压铸模，在压铸了500000次以后，现在还在生产中正常使用。

许多这样的模具还在用于生产薄壁件，其表面质量要求很高。

由于镁的凝固很快，以及它不易粘结，所以可以比铝有更高的生产效率，而仃机和喷雾的时间更少。

与铝合金相比，镁合金的压铸周期时间可以比铝合金缩短25%到50%。

由于镁合金本身固有的特性，因而能有较快的压铸速率。

与铝合金相比，其压铸速率可以提高50%。

可以减轻重量是镁合金的另一重要优点，但与铝合金，锌合金作精确的减轻重量的比较，还要根据图纸作全面的考虑。

压铸的加工成本

包括人工、设备投资、工作效率，在设备方面同锌、铝合金压铸投资相比，因为熔炉系统、模具加热或冷却系统费用较高，在压铸参数基本相同的条件下，镁合金压铸的设备费用变的较高。

三、镁合金的连结

与其他金属相类似，镁合金可以用几种不同的方法进行连结。

几种最通用的方法，就是焊接，铆接，胶结，及镙栓连结。

绝大多数的镁合金，与铝合金一样，易于用点焊及弧焊，采用惰性气体金属极或钨极氩弧焊。

惰性气体保护焊通常用于修补铸件。

焊后必须要消除应力，但某些合金如ZE10A和ZM21，不需消除应力。

镁合金的焊接效率很高，它是最通用的连结方法之一。

对于镁合金压铸件，最通用的方法，是在铸件中铸有用于紧固或连结的部位。

类型

设备

材料及附属设备

适用的合金

表面准备

使用场合

备注

弧焊

保护气体钨极

保护气体金属极

钨电极，

氦气，氩气，金属极，夹具

所有的合金，ZK60A，AZ63A，ZH62A，ZK51A

化学处理或机械处理

高生产率

很高的连结强度

点焊

交流单相或3相储能点焊机

化学或机械处理

所有的合金

表面电阻必须低于50mi

高生产率

晶粒组织细小，优于较弧焊

釬焊

标准得当釬焊设备，工件预热到400OF

0.005-0.002英寸的铜箔或镁箔

所有的合金

化学或机械处理

电气连接件

固接不很好

铆接

铆枪

垫片，隔离件，5056铝合金铆钉

所有的合金

注意避免电位差引起的电腐蚀

高生产率，高强度

用5056或H321比用6053-T61好

胶接

压力夹具，热处理炉

胶接剂，清洁剂，底层涂料

所有的合金

用清洁剂清洗，涂底层涂料

高生产率，用于薄片

高疲劳强度，低拉伸，压缩强度

螺栓连接

标准设备

标准工具

所有的合金

连接点保护

用粗螺纹

釬焊（带釬料）

预热炉

AZ125XA釬料棒

除镁钍合金以外的所有合金

化学清洗

波导管件

漂洗以清除釬渣

自攻螺纹连接

钻头及压力机

自攻螺纹

所有的合金

无

高生产率，快速组装

咨询

铆接：

这种连接方法对镁合金有很好的强度这是一种费用较高，快速，简单的方法，但要求熟练工人。

各元素对镁合金性质的影响

铝：

与镁形成共晶体（在436摄氏度时）改善流动性，提高硬度和强度，但随着Al的含量增高其延伸率和耐蚀性将下降。

锌：

改善流动性，提高力学性能，减少铁和镍等杂质的腐蚀作用，但当含量超过1%时，会引起合金的高温热脆性。

锰：

提高镁合金耐蚀性，中和铁在合金中的有害作用当含锰量在0.5%以下时，改善合金的机械性能。

硅：

改善合金流动性，但降低塑性和耐蚀性（尤其合金含铁时）。

铍：

降低镁合金熔融时的氧化速率。

四.镁合金熔炼及性能.

镁锭预热

一般镁极易与空气中水分，氧气发生化学反应：

Mg+O22MgO（s）

因此，镁锭表面是由MgO，Mg（OH）2的膜组成，但MgO和Mg（OH）2都会吸附水分。

若把受潮镁锭加入熔融镁液，极易引起熔炉爆炸，因而镁锭加入镁液前必须预热去除表面水分。

预热温度：

150摄氏度~350摄氏度。

镁合金熔画及保护炉

合金熔化可以通过电阻式，感应式，然油或然气加热。

从安全操作及温度控制方面着想，采用电阻加热炉，目前普遍采用双室熔化炉（一个室用作熔化，一个室用作保温），它的优点在于大部分温度变动和杂质只存在于熔化炉中。

每1000公斤熔料大约耗电400~500千瓦小时。

熔化状态的镁与空气中的氧气和水分接触将发生剧烈的反应，因此需要避免空气进入到镁液中去。

目前普遍采用气体保护方式

保护容了。

保护气体以SF6+N2的混合气体为例来说明其保护原理：

覆盖在镁汤表面的保护气体是经由一连串的化学反应，形成一层n微米厚的薄膜，产生保护效果：

薄膜的主要成分是结构较疏松的MgO和较致密的MgF2。

美国材料协会标准

名称

联合国标准

杂质

AZ9ID

Mn91F

余量

8.5-9.5

0.13-0.4

.45-0.9

≤0.05

≤0.025

≤0.001

≤0.004

≤0.01

AM50A

M1050

余量

4.5-4.3

0.28-0.5

≤0.20

≤0.05

≤0.008

≤0.001

≤0.004

≤0.01

AM60B

M1063

余量

5.5-6.4

0.26-0.5

≤0.20

≤0.05

≤0.006

≤0.001

≤0.004

≤0.01

其它型号镁合金

型号

金属杂质

其余杂质

AM50A

4.5-5.3

0.28-0.5

0.20

0.05

0.008

0.001

0.004

0.01

-----

AZ61A

5.9-6.4

>0.15

.45-0.85

0.005

0.05

0.005

0.20

-----

AZ91A

5.9-7.0

0.15-0.4

0.45-0.9

0.20

0.08

0.01

0.30

AZ91B

8.5-9.5

0.15-0.4

0.45-0.9

0.20

0.25

0.01

0.30

AM60A

5.6-6.4

0.15-0.5

0.20

0.25

0.01

0.30

AM60B

5.5-6.5

0.25

0.22

0.50

0.01

0.002

0.005

0.002

-----

AZ91D

8.3-9.7

0.35-1.0

0.05

0.025

0.001

0.004

0.01

----

AZ91E

8.1-9.3

0.17-0.5

0.40-1.0

0.20

0.015

0.001

0.005

0.01

0.30

ASA1A

3.7-4.8

.22-0.48

0.10

0.60-1.4

0.04

0.01

ASA1B

3.7-4.8

0.35-0.6

0.10

0.60-1.4

0.015

0.001

0.0035

0.01

----

AZ31B

3.0

1.0

ZA60A

5.5

Zr:

0.45

各类机车可用镁合金材料的构件有：

（1）汽车类：

转向柱，汽门盖，方向盘，仪表板总成，灯罩底座。

离合器箱体，歧管盖，轮毂，保险杠

（2）摩托车类：

曲轴箱，轮毂，汽缸罩，曲轴箱盖

（3）自行车类：

车架，前车架

用镁合金AM60，AM50制成机车结构件和运动部件就可最大限度降低车的重量和能耗，提高整车加速制动性，降低行驶振动和噪声，提高驾驶舒适度。

这些构件绝大多数用AM60，AM50，经过压铸+微弧氧化即可使用

电动工具，气动工具类外壳件对材料的设计要求

1.重量轻，刚性好，长期使用不变形

2.吸振性佳，耐冲击

散热性佳

4.易成型易加工

5.符合环保

总结：

用AM60，AM50合金，压铸+烤漆

镁合金特性

化学性能

合金的化学性能是它们在各种介质中与其它元素起化学反应的能力，主要是耐蚀性。

1机械性能

合金的机械性能是指它抵抗外力作用而表现出来的特性，也称为力学性能，如强度，硬度，塑性，弹性，和冲击韧性，

一般以抗拉强度，屈服强度，塑性，延伸率，断面收缩率，硬度来衡量和反映金属和合金的机械性能。

2工艺性能

合金的工艺性能是指它们是否易于加工成形的性能，它包括：

可铸性，可锻性，可焊性，切削加工性，电镀性和热处理性等。

合金的铸造性：

流动性，收缩性，热裂，铸造应力。

偏析，吸气，杂质。

a.流动性：

指合金液充填型腔的能力；影响因素：

浇注温度，模具温度，压力，压射速度，铸件结构。

b.收缩性：

合金从液态到凝固完毕直至常温过程中所产生的体积和尺寸的变化，总称为收缩，可分三个阶段：

液态，收缩，凝固收缩和固态收缩。

压铸件收缩的大小，主要取决于合金种类，化学成分，浇注温度，压射比压，持压及留模时间，模具温度及铸件结构等。

c.热裂：

是指合金在高温状态形成的裂纹。

影响因素：

铸型阻力，铸件结构，浇注温度。

d.铸造应力：

根据应力产生原因分热应力，相变应力和收缩应力。

防止铸件产生裂纹或变形，除铸件结构设计合理（即具有良好的压铸工艺性）外，在压铸工艺上应采取妥善措施，使合金同时结晶凝固，并尽可能使铸件壁厚均匀。

避免合金局部积聚，转折处避免尖角，选择合理的浇注系统和溢流系统，以减少铸件各部分的温度差。

总的目的是减免铸造应力产生。

e.偏析：

铸件化学成分不均匀的现象称为偏析。

成分不一致势必会影响其机械及物理性能。

f.吸气：

各种铸造有色合金都有吸收气体的特性，尤其在合金达到熔点时气体的溶解度剧烈增加。

g.气密性：

合金的气密性是指铸件承受高压气体或液体的作用而不渗漏的能力，它通常反映着铸件内部的致密程度，一般规律是合金的凝固温度范围愈窄，铸件产生疏松的倾向愈小，因而气密性愈高。

物理特性：

性能

单位

AZ91

AM60

AM50

AM20

AS41

AS21

AE42

密度

G/cm3

1.81

1.80

1.77

1.75

1.77

1.76

1.79

凝固温度

℃

598

615

620

638

617

632

625

融化温度

℃

420--435

590

热膨胀

Um/m.k

26.0

26.1

比热溶解

Kj/kg

370

比热

Kj/kg*k

1.02

导热系数

W/k*m

导电系数

Ms/m

6.6

9.1

13.1

10.8

11.7

机械特性：

性能

单位

AZ91

AM60

AM50

AM20

AS41

AS21

AE42

极限抗拉强度

Mpa

240

225

210

190

215

175

230

拉伸屈服强度

mpa

160

130

125

140

110

145

延伸系数

剪切系数

Gpa

硬度

Hbs1/5

冲击力

五、应用领域

1、汽车零部件采用镁合金制造汽车零部件，可显著减轻汽车整车重量，而汽车所用燃料的60%消耗于汽车自重，车重每减轻10%，可节约燃料5.5%，因此，国外近年来镁合金在汽车制造中的应用逐步增长。

但我国在这方面的开发刚刚起步。

2、通讯器材如手机外壳、便携机外壳等

3、高档建筑装饰材料由于镁合金的许多独特性能比铝合金更优越，因此国外出现了采用镁合金制造高档豪华型建筑装饰材料的趋势，国内一些镁合金生产厂家强烈要求开发镁合金型材的成型加工技术，国家科技部也希望尽快开发这方面的高新技术，并列为国家“十五”攻关项目。

六、技术工艺路线

工艺视不同产品略有区别，典型的镁合金压铸工艺流程如下图所示：

七、热室压铸机和冷室压铸机

压铸机是压铸生产的最基本的设备，是压铸生产中提供能源和选择最佳压铸工艺参数的条件，是实现高速高压压铸特点而获得压铸件的保证基础。

压铸机分类及型号规格

压铸机通常按压室的受热条件的不同分为冷室压铸机和热室压铸机两大类。

冷室压铸机又因压室和模具放置的位置和方向不同分为卧式，立式和全立式三种。

热室压铸机的主要特点是在压室和压射冲头浸在熔融金属液中.

冷室压铸机的主要特点是压室内和压射冲头不浸在熔融的金属中,冷室压铸机的卧式最为常见

压铸机基本结构

压铸机的基本结构由以下八个部分组成：

1.合模机构；2.压射机构;3.液压传动系统；4.控制、操纵系统；5.机座与油箱；6.顶出器及液压抽芯器；7.冷却、润滑系统；8.安全防护装置。

合模机构

压铸机的开合模机构称合模机构，是带动压铸模式的动模部分，使模具分或合拢的机构，同时这一机构还具有锁紧模具的功能。

近年来，在合模机构上发展了合模安全装置，合模力量示装置，合模力自动调节等腰新装置。

压射机构

压铸机的压射机构是将熔融金属推送进模具型号腔填充成形为铸件的机构，压射过程的压力、速度等主要工艺参数都

必须是由安而产生。

现代压铸机的压射结构的主要特点是三级压射。

也就是低速排除压射室中的气体，高速填充型腔机不间断地给出液态合金施以稳定的高压即两级速度一级增压。

为实现三级压射的目的，对压射机构提出来出了如下的原则和要求：

1．慢速压射速度应无级可调；

2．快速压射速度应大于4米/秒（镁合金机应大于6m/s）；

3．从慢速压射到快速压射的过渡转换距离应在30~50毫米以下；

4．建压时间应低于30毫秒；

5．压射及增压压力冲击峰值不应超过额定压力的30%；

6．各压射工艺参数应能独立调节器节而互不干扰。

液压传动系统

压铸机的运行是由液压传动系统来进行的，液压传动系统由动力设备及管路网等构成，其主要组成部分如下：

1．动力设备--------驱动电机、液压泵和贮能器等；

2．压力控制器件-------溢流阀、卸压阀、减压阀、顺序阀以及压力继电器等；

3．测量控制元件-------节流阀、调速阀、行程阀等；

4．方向控制元件-------电磁换向阀、电液换向阀、手动换向阀；

5．管路系统---------液压管道、油箱、油缸等；

6．净化装置--------滤油器；

7．冷却加热装置-------冷却器、加热器等；

8．安全保护器件-------安全阀、压力继电器及温度控制器；

9．传递介质-------压力油。

控制、操纵系统

压铸机的控制、操纵系统大都采用液压操纵与电器控制。

其控制、操纵系统应能满足以下三个基本要求：

1．保证压铸件的工艺规范得以顺利实施；

2．机器及人身安全均有可靠的保证；

3．操作方便、易于监视。

压铸机的工作程序一般有：

1.有点动调整程序2.程序手动3.半自动4.全自动等。

机座与油箱

机座是整个压铸机的各种机构和系统的支承体、合模机构和压射机构通过拉力柱连成一个牢固的整体，并一同固定在机座上。

油箱是压铸机工作液（压力油）存置的容器。

现代的压铸机为减小机器的体积，将机座设计成箱体式，机座箱体内部即构成贮油的油箱。

顶出器和液压抽芯器

压铸机的合模机构上都附有顶出铸件的装置，这一装置称为顶出器。

为了满足铸件特殊部位抽芯的需要，压铸机的动型板和定型板上都附有液压抽芯器，以供压铸模具设计液压压插芯之间。

冷却、润滑系统

压铸机上都设有冷却和润滑系统。

冷却系统由冷却水管和回水管等组成，它的作用是输送、冷却水供压铸模、型板冷却之用，同时也供给液压油冷却器冷却之用。

润滑系统由润滑油泵、油压表、输油管、电器元件等组成。

其作用主要润滑曲肘机构中的回转副，减少摩擦。

安全防护装置

压铸机安全防护装置有：

防护门、安全液压压力、滤油器堵塞、油温过高、报警等电气控制装置。

压铸模

压铸模式在生产中的作用。

压铸模是压铸生产中的重要工艺装备，它对生产能否顺利进行，铸件质量的优劣合格率的高低、作业循环的快慢起着极为重要的作用。

1．决定着铸件的形状和尺寸公差等级；

2．其浇注系统（特别是浇口位置）决定了熔融金属的填充状况。

3．溢流排气系统影响着熔融金属的溢渣排气条件。

4．控制和调节压铸过程的热平衡。

5．决定了铸件的表面质量及变形程度。

6．模具的强度限制了压射比压的最大限度。

7．影响生产效益。

压铸模结构

压铸模构成：

压铸模式是由定模和动模两个主要部分组成的，定模与机器压射部分连接，并固定于其上，浇注系统压室内相通。

动模则安装在机器的动模型板上，并随机器型板的移动而与定模式合拢或分开。

八、压铸原理

1.压铸概念

熔融金属在高压高速下充填铸型,并在高压下结晶凝固形成铸件.特征:

高速,高压.

2.金属填充型腔的流态

介绍三种填充理论

1喷射填充

填充分二个阶段:

冲击阶段和涡流阶段

a.冲击阶段:

在速度,压力保持不变的前提下,金属液进入内浇口后,仍保持着内浇口的截面形状,冲击到正对面的型壁处.

b.涡流阶段:

向着内浇口反向填充

这种理论比较适用于薄壁内浇口,高速填充的长方形铸件

2全壁厚填充理论

由德国学者在1937年提出,内浇口厚度值取0.5~2mm,内浇口与铸件的厚度比值为f/F在0.1~0.6范围内.

这种理论认:

金属液通过内浇口进入型腔后,即扩张到型壁,然后沿着整个型腔截面向前填充,直到整个型腔充满为止.

3三阶段填充

由英国学者1944年提出

a.第一阶段:

液态金属射入型腔冲击型壁后,沿着型腔各方向扩展,在正常的传热条件下,与型腔壁面相接触的部位形成一层凝固层,亦即铸件的表面层.

b.第二阶段:

铸件表面成壳后，型腔继续受到液体金属的填充，凝固层逐渐增厚，此时合金的粘度亦增，而处于中心部位的液体金属，在第二阶段结束时，尚处于液态，除了继续得到液体金属的补充外，仍可承受来自压室的压射压力。

c.第三阶段:

金属液全部充满型腔，连同浇注系统及压室形成一个封闭的水力系统，在这个系统中各处的压力均等，压射力仍可通过尚未凝固的内浇口作用于铸件，达到进一步增压的目的。

3.金属液在不同条件下的流态分析

1不同厚度内浇口所出现的流态

改变内浇口厚度与铸件厚度之比，除了影响填充的速度和时间外，也影响金属液在型腔内的流态。

如下图：

2内浇口开在型腔一侧的流态

金属液沿侧壁填充向前，到达顶端后包围，聚集，向反方向填充，聚集处有旋涡包气。

3薄壁型腔填充流态

金属流的厚度接近型腔的厚度，金属流入是的飘动，与型腔一侧或两侧相接触。

4型腔转角处的流态

金属液入型腔转角处会产生旋涡（b）

5圆弧面处的流态

注：

（1）金属液

（2）包气

4.压铸过程中的主要参数说明

5.压铸过程中的主要参数说明

1）起始阶段金属液浇入压室,

2）

3）

4）

5）

一般希望在系统压力建立以后立即增压，以便达到紧实铸件，压缩消除内部气孔和缩孔的目的，增压时间T4一般在0.01~0.03秒范围内为佳，增压延时（t2）过长或增压建立时间（t3）太长都会造成整个增压时间T4延长，这对铸件的质量十分不利。

冲头行程，各行程压力，各行程时间等解说

6.压铸件的检验

检验项目：

①尺寸与形状

②合金成分

③表面质量

④内部质量

⑤渗漏

九、研磨

研磨目的：

为化成，烤漆作准备，包括去除毛刺，打圆角，

清洗油污，表面抛光。

一.研磨内容：

①毛刺，毛边去除②表面抛光③喷砂

1.毛刺，毛边去除方式：

人工，机床冲切，喷砂，振动研磨

人工去除要注意：

锉刀目数及大小选用顺序

2.抛光分：

人工打磨和震动研磨

人工打磨的效果较好

二.震动研磨工艺

1.工艺内容：

震动速度，振幅，振动时间，磨石种类，磨石粗幼

磨石形状，工件和磨石比例，磨液。

2.研磨机分类：

①标准圆型：

工件易相互碰撞

②桶型：

适合大件及较长件（此机振动强度大，要防止变形）

③离心型：

适合小件（工件少碰撞）

3.磨石

分类：

棕刚玉，石英砂，高铝瓷，氧化铝

粗幼：

棕刚玉石英砂150目，高铝瓷800目，氧化铝1000目

形状：

磨石形状的选择与工件形状有关

4.工件和磨石比例：

工件和磨石混合比例对效率有极大影响

磨石若太多，会引起工件碰撞，其比例应参考以下因素：

1工件原料：

如：

软质材料……少量工件

2需要效果：

如：

抛光效果……少量工件

3工件形状：

如：

是否会在工序中互相缠绕……少量工件

4工件重量，尺寸

以下是由重量所计算出的比例，只作为参考：

比例

工序

1：

小工件快速研磨，去毛刺，清洁

1：

大工件快速研磨，去毛刺，清洁

1：

去毛刺，幼磨

1：

幼磨

1：

精细工序，磨光

1：

钢珠抛光

每100升容量的溶液可处理工件

比例

容量（公升）

重量（公斤）重件

重量（公斤）轻件

1：

34.5

1：

23.5

1：

22.5

17.5

1：

32.5

1：

11.5

1：

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