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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，刚性好,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

元素符號

元素英文名稱

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，铝合金，锌合金机械性能，物理性能对照（见附表）

三、镁合金压铸的优势

与铝相比，镁可以减少重量。

这一优点已被公认。

但镁压铸件其它的一些优点，特别是在经济性方面的显著优点，往往被忽视。

在本文中，就镁合金压铸在模具寿命，和提高生产效率这两方面的优点，进行分析。

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%。

要考虑的成本因素

在选择压铸材料时必须考虑某些重要的因素。

试考虑要压铸一个方形盖，尺寸为长约200毫米，宽约100毫米，高约75毫米，壁厚2.5毫米。

在内部四个角上，每个角上都有直径为6毫米的孔。

在左右二个侧壁的中心位置，各有一个直径约25毫米的通孔。

在对此铸件进行分析时，选用如下的参数：

1，工件的工作寿命为5年

2，产量为每年200.000件

3，用一模二腔的模具。

在每个型腔要求有二个抽芯

4，材料的成本：

铝合金----0.85美元/磅

镁合金-----1.43美元/磅

锌合金-----0.90美元/磅

5，模具的成本：

45000美元

6，估计模具的寿命：

铝合金-----167.000次

镁合金------500.000次

锌合金------500.000次

7，压铸机：

500吨冷室机

8，估算500吨压铸机的运行成本为70美元/小时

9，工件的重量：

铝合金-----1.07磅

镁合金------0.72磅

锌合金------2.26磅

10，压铸效率：

铝合金------200件/小时

镁合金------300件/小时

锌合金------450件/小时（热室机）

铸件的成本比较：

成本

铝合金

镁合金

锌合金

材料

0.91美元/件

1.03美元/件

2.034美元/件

压铸机

0.35美元/件

0.233美元/件

0.156美元/件

模具

0.159美元/件

0.045美元/件

总计

1.419美元/件

1.308美元/件

2.235美元/件

在本例中，显然以选用镁合金为有利。

选用了镁合金，不仅使重量减轻了33%，同时由于提高了生产率（每小时的循环次数，镁合金与铝合金之比为1.68:

1），从而获得了利益.

在本例中，模具的费用，是根据在该工件的寿命期中该工件的总生产量核算的。

这样，对于铝合金件来说，在其寿命期，要二次更换模具，而对镁合金和锌合金，在工件的寿命期内，不必更换模具。

在计算铝合金的模具成本时，每次更换模具，都考虑要增加10%的费用，这10%的投资的增加，是考虑更换模具引起的其它一些附加成本费用。

下面的计算表明模具的成本是如何计算，并如何影响成本的：

成本因素

铝合金

镁合金

锌合金

一模二腔模具的原始成本

45.000美元

到167000件时更换模具成本

49.000美元

投资增加10%

4.900美元

到324000件时更换模具成本

54.450美元

投资增加10%

545美元

总的模具成本

159.345美元

45.000美元

每个工件的模具成本

0.159美元/件

0.045美元/件

在进行经济分析时，还应考虑在采用镁合金或锌合金时，还可以制成薄壁件，这还可以节省成本。

在经济分析中，必须要考虑模具成本。

考虑更换模具的费用，以及由更换模具引起的追加投资，会明显影响模具成本的计算。

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。

镁合金压铸件设计中的经济因素：

1、材料成本

2、压铸成本

3、后加工成本

4、工具和模具的成本

5、管理的成本

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。

后加工成本（机械加工、表面处理、喷涂）

制程

成本（%）

原料

压铸

10.4

研磨

16.7

机械加工

化成处理

8.2

喷涂

40.7

电子类的3C产品用镁合金材料的比较：

预计2005年达到16220吨，2010年达到31525吨。

四、澄清对镁压铸的误解

1）镁合金太贵

就原材料来说，镁合金可能稍贵于铝合金，但从整个处理过程来看，则在评价时，还应考虑其他一些因素。

镁合金的压铸速度较铝合金快25-50%，这就使它的每小时的产出较铝合金为多。

镁与模具钢的亲和力较差，这就使压铸模的使用寿命，与铝合金压铸模相比，可增加约2.5倍，这就可以大大降低更换钢芯的费用，同时也降低了每个工件的生产费用。

镁有较好的可铸造性，其铸件可以比铝铸件有更小的公差，因而可以减少机加工的工序，从而降低工件的成本。

镁有很好的可切削性，因而可以采用高速、重负荷切削，与铝相比，它就可以减少所需的切削机床的数量，减少投资，减少生产面积，减少劳动力。

低的切削力，良好的热传导性能，快速的散热，使刀具的寿命，与切削铝合金相比，可延长4-5倍，这同时也减少了仃机时间。

2）镁是易蚀材料

镁在许多方面都与铝相似。

在进行表面喷涂以前，两者都要求进行表面预处理，以保证其表面亲和力。

表面预处理一般都是化学处理，这种处理同时也赋予了防腐蚀的能力。

而AZ91D和AM60B比A380有更强的抗盐水腐蚀的能力。

3）镁是易燃材料

这也许是诸多误解中最为严重和被夸大了的一个。

因为许多烟火产品使用了镁粉，因而形成了印象，似乎镁极易燃烧。

然而事实是，镁锭，镁压铸件，镁制型材，在温度上升到熔点以前，是不会燃烧的。

镁的起火，是由于不注意安全，或是操作不正确，或是与其它材料着火后引燃的。

五、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。

加釬料或不加釬料的釬焊不常用于镁合金。

但在某些特定的条件下，必须采用，也是可以的。

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。

六、镁合金材料型号

镁合金牌号表示法

欧洲标准

欧洲对镁合金的表示方法：

ENMCMgAl9Zn1（A）

EN表示欧洲标准，M表示镁，MgAl9Zn1表示主要元素及成分，A表示版本编号

美国标准：

即ASTM标准的镁合金表示法

在ASTM标准里，镁合金是以字母，数字码来表示，前两个英文字母代表除了镁以外最多的两种元素，中间两数字代表这两种元素的重量百分比，不同的字母代表如下：

A代表铝（Al）Zn代表锌（Zn）M代表锰（Mn）

S代表硅（Si）E代表稀土元素

中国标准

国内镁合金牌号表示法：

由镁和主要合金元素的化学符号组成

例：

ZMgAl8Zn（即5号铸镁）

Z表示铸造，Mg表示镁锭，

Al8Zn表示合金中主要各种元素符号及含量

镁合金化学成分及特性

镁合金铸锭化学成分

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。

镁合金熔炼

3.4.1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，镁锭表面是又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

AZGID

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

中国标号

合金名称

合金牌号

一号镁合金

MB1

0.2

1.3-2.5

0.30

---

0.05

二号镁合金

MB2

3.0-4.0

0.15-0.5

0.20-0.8

---

0.05

三号镁合金

MB3

3.7-4.7

0.30-0.6

0.8-1.4

---

0.05

四号镁合金

MB5

5.5-7.0

0.15-0.5

0.50-1.5

---

0.05

五号镁合金

MB6

5.0-7.0

0.20-0.5

2.0-3.0

---

0.05

六号镁合金

MB7

7.8-9.2

0.15-0.5

0.20-0.8

---

0.50

七号镁合金

MB8

0.20

1.3-2.2

0.30

0.15-0.35

---

0.05

八号镁合金

MB15

0.05

0.10

5.0-6.0

---

0.30-0.9

0.50

七、各种零件对材料的要求

3C制品类

一.笔记型电脑外壳，对材料的设计要求

1.重量轻，刚性佳

2.耐冲击性佳

3.电磁屏蔽性佳

4.散热性佳

5.成型加工性良好

6.成本适当，符合环保，美观

总结：

以上要求符合镁合金特性，用AZ91D，压铸+烤漆+丝印

二.笔记型电脑内构件对材料的设计要求

1.重量轻，刚性佳

2.壁薄（最薄达0.8mm）,结构复杂，成型性好

3.散热佳

4.符合环保，成本低

总结：

用AZ91D合金，压铸+化成处理

三.手机壳体对材料的设计要求（类似PDA外壳材料要求）

1.重量轻，强度高

2.抗辐射，屏蔽性好

3.耐冲击性佳，耐磨

4.散热性佳

5.壁薄易成型加工

6.成本适当，符合环保，美观

总结：

用AZ91D合金，采用压铸+烤漆+丝印

四.手机内构件对材料的设计要求

1.重量轻，强度高

2.散热性佳

3.壁薄，尺寸精度高切稳定，易成型

4.防震

5.成本低，符合环保

总结：

用AZ91D合金，压铸+化成处理

五.类似等随身听外壳件对材料的要求

1.重量轻，强度要高

2.耐冲击性佳，防震

3.壁薄，耐磨，易成型

4.电磁屏蔽性夹

5.散热良好

6.符合环保，外表美观

总结：

用AZ91D合金，压铸+烤漆+丝印

六.通讯屏蔽盒对材料的设计要求

1.电磁屏蔽性佳

2.重量轻，有一定强度（与铝合金相当）

3.导电性佳

4.防腐蚀性佳

5.散热性佳

总结：

用AZ91D合金，压铸+烤漆（导电）

七.数码相机壳体对材料的设计要求

1.重量轻，刚性好

2.防震性好，耐冲击

3.壁薄，结构复杂，易成型

4.符合环保，外表美观，高贵

总结：

用AZ91D合金，压铸+烤漆（丝印）

八.移动硬盘外壳对材料的设计要求

1.重量轻，比强度高

2.耐冲击，防震

3.散热性佳（塑料长时间发热所致的数据交换易死机，数据损坏）

4.符合环保，成本适当，外表美观

总结：

用AZ91D合金，压铸+烤漆+丝印

九.音箱（数码）壳体对材料的设计要求（汽车音箱）

1.电磁屏蔽性佳（防噪音）音质清晰

2.防振性佳

3.外表美观，可回收，成本适当

4.易成型易加工

总结：

用AZ91D合金，压铸+烤漆+丝印

一十.一些机车（汽车，摩托车，自行车）类零件对铸造材料的设计

要求

1.重量轻

2.延伸性好

3.吸振性佳，耐冲击

4.有很好的强度

5.铸造性良好

6.耐腐蚀性好

7.坚硬耐磨

8.符合环保，成本适当

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

一十一.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

八、压铸合金及熔炼

1压铸合金性能

1物理性能：

合金的物理性能是指它们对各种物理现象，如，温度变化，电，磁等的作用所引起的反应，它有密度，熔点，热膨胀，导热性和导电性等项内容。

常用金属及压铸合金的物理性能

名称

密度

g/cm3

熔点

线膨胀系数

x10

导热系数（20）

千卡/厘米.秒

液相线

固相线

铝

2.7

658

23.8

0.504

铝合金

2.5-2.9

575-630

545-579

0.2-0.42

镁

1.74

650

27.3

0.376

镁合金

1.8-1.81

607-492

26.4

0.18-0.32

2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。

3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。

4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。

2．压铸合金分类

压铸有色合金：

高熔点合金—铝镁铜合金

低熔点合金—锌锡铅合金

九、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

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