高性能鎂合金壓鑄工藝與性能研究.pdf

1、汽車(chē)工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一,2009年國(guó)內(nèi)汽車(chē)年產(chǎn)量超過(guò)千萬(wàn)輛,市場(chǎng)廣闊,潛力巨大。鎂合金作為汽車(chē)的第四大制造材料,具有密度小、比強(qiáng)度高、加工性能好等優(yōu)勢(shì),可有效解決汽車(chē)行業(yè)面臨的一系列考驗(yàn),如油價(jià)上漲,以及各國(guó)出臺(tái)的節(jié)能、減排以及舊車(chē)回收政策的限制?，F(xiàn)有的鎂合金汽車(chē)零部件多采取壓鑄法生產(chǎn),氣孔較多,強(qiáng)度不高,無(wú)法進(jìn)行熱處理；另外,車(chē)用鎂合金多為Mg-Al系,其蠕變性能較差,無(wú)法在較高溫度下使用。這些因素共同限制了鎂合金在汽車(chē)

2、上的應(yīng)用。為解決這些問(wèn)題,中國(guó)、美國(guó)、加拿大共同設(shè)立鎂合金汽車(chē)前端研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(Magnesium Front End Research and Development Project)。包括以鎂合金為原料,采用新型成型手段并開(kāi)發(fā)新型合金,生產(chǎn)汽車(chē)前端的結(jié)構(gòu)件,以替代原有的鋁制、鋼制部件。作為該項(xiàng)目的一個(gè)子課題,本研究本文采用真空壓鑄以及水平擠壓鑄造手段生產(chǎn)鎂合金鑄件,改善鑄件氣孔缺陷,并且,通過(guò)添加稀土,改善鎂合金鑄件高溫蠕變性能。主

3、要成果如下：AZ91D和AM60鑄件的微觀組織均由α-Mg基體與晶界處的Mg17Al12共晶相組成。固溶處理后Mg17Al12共晶相進(jìn)入α-Mg基體,時(shí)效處理后析出。AZ91D中過(guò)飽和的Al在晶界處向晶粒內(nèi)部非連續(xù)析出,對(duì)基體起到增強(qiáng)作用,提高了鑄件的力學(xué)性能；而AM60中過(guò)飽和的Al在晶粒內(nèi)部、晶界上以顆粒狀析出,對(duì)鑄件的力學(xué)性能沒(méi)有提升。熱處理前后,AZ91D鑄件的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均優(yōu)于AM60鑄件,但前者在鑄態(tài)和時(shí)效態(tài)下的延伸率

4、明顯低于后者,其原因在于前者在凝固過(guò)程中析出的金屬間化合物相Mg17Al12較多,因此強(qiáng)度較高,但塑性較差,而固溶態(tài)AZ91D和AM60中的Mg17 Al12相均溶入基體,二者的延伸率相當(dāng)。隨著固溶時(shí)間的增長(zhǎng),鑄件晶粒尺寸增加,抗拉強(qiáng)度略有降低,屈服強(qiáng)度和延伸率維持不變。真空壓鑄可較好地消除鑄件中的氣孔,但無(wú)法完全消除鑄件中的縮孔,特別是無(wú)法防止厚大部位的凝固收縮,需要通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和模具工藝的優(yōu)化減少縮孔和縮松。另一方面,對(duì)NZK30鎂

5、合金水平擠壓鑄造工藝進(jìn)行了研究,其晶粒尺寸隨著鑄造壓力、壓射速度的增加而先減小后增大,力學(xué)性能(包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率)隨著鑄造壓力、壓射速度的增加而先降低后上升。最佳壓鑄工藝參數(shù)為：鑄造壓力70MPa,壓射速度壓力4MPa。在細(xì)化Mg-Nd-Zn合金的晶粒上,水平擠壓鑄造起到與加Zr相似的效果,可通過(guò)該生產(chǎn)手段替代加Zr,以降低成本；另外,合金成分相同的前提下,水平擠壓鑄件的力學(xué)性能全面優(yōu)于重力鑄造的鑄件。從現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,