半固态触变注射成型镁合金组织性能分析.docx

半固态触变注射成型镁合金组织性能分析摘要：本文对半固态触变注射成型镁合金AZ91D的组织与性能进行了分析结果表明该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础。关键词：触变注射成型镁合金组织力学性能1引言近年来随着对绿色、环保等方面要求的提高镁合金以其重量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽、易回收等特点从众多金属材料中脱颖而出广泛的应用于航空、航天、电子和汽车等行业。目前镁合金应用的两大热点产业是电子业和汽车业。一方面用于“3C”(Computer、Communication、ConsumptionElectronicsProducts)产品的壳体有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势；另一方面作为实际应用中最轻的结构金属镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排放要求从而生产出重量轻、耗油少、环保的新一代交通工具。国内外广泛采用的镁合金成形方法为压铸法。压铸镁合金产品具有尺寸稳定性好、生产率高等优点但也具有夹杂多、气孔多、成形后难热处理、尺寸近净成形差等不足。采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于“3C”产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求。同压铸法相比半固态方法制造的产品具有铸造缺陷少产品的力学性能、尺寸精度、表面和内在质量高等优点此外还有节约能源、安全性好、近净成形性好等优点。目前世界上已经成功工业化的镁合金半固态成型技术是触变注射成型技术[1]。长春华禹镁业有限公司是我国最早引进此项技术的厂家本文利用该公司的触变注射成型机制备试样对触变注射成型镁合金的组织及力学性能进行了分析从而为公司下一步进行汽车用高性能镁合金的研究开发作适当的技术储备。2半固态触变注射成型技术的原理及工艺过程2.1半固态触变注射成型技术的原理在普通铸造过程中初晶以枝晶方式长大当固相率达到0.2左右时枝晶就形成连续网络骨架失去宏观流动性。半固态成形是在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织在固相率达0.5～0.6时仍具有一定的流变性从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压模锻等实现金属的成形[2～4]。半固态触变注射成形法是近些年来开发的一种新工艺源于美国DOW化学公司美国THIXOMAT公司将其商业化。该工艺是将塑料的注塑成形原理与半固态金属成形工艺相结合集半固态金属浆料的制备、输送、成形等过程于一体该法较好地解决了半固态金属浆料的保存输送、成形控制困难等问题。2.2半固态触变注射成型技术的工艺过程注射成形法主要工艺过程如下：被制成颗粒的镁合金原料（由枝晶镁合金铸锭制成其组织仍为枝晶组织）从料斗中加入；在套筒中的镁合金原料通过电加热转变成半固体状态在螺杆的剪切作用下在套筒中半固体金属浆料形成了近乎于球形状的固体颗粒在注射缸的作用下以相当于塑料注塑机的十倍速率压射到模具内成形。触变注射成形机的基本结构如图1-1所示。图1触变注射成形机原理图3试验设备及方法3.1触变注射成形试样的制备本论文采用日本制钢所的JLM-450MG型触变注射成型机制备了标准力学性能试样在不同制备条件下考察了目前最广泛使用的镁合金AZ91D组织与性能的变化以及耐腐蚀性能。该成型机的外观如图2所示试样模具由日本制钢所提供所制备的测试试样如图3所示成形过程中模具温度为180℃。图3中由左至右依次为标准冲击试样标准蠕变试样标准拉伸试样和硬度试样在论文只采用标准拉伸试样进行试验分别考察不同工艺条件下半固态镁合金组织与性能的变化。图2JLM450-MG触变成型机图3注射成型的半固态镁合金试样快速腐蚀条件如下：腐蚀介质为0.5%NaCl或0.1molNaCl溶液；试验温度：室温（静态）或35±1℃；腐蚀时间：5昼夜。4结果与讨论4.1半固态触变注射成型镁合金的组织分析图4中组织是取自不同工艺参数制备标准拉伸试棒的中部其工艺参数的区别主要表现在料筒温度的差别在图4中由工艺(a)至工艺(d)料筒温度逐步升高。图4触变注射成型AZ91D组织由图4可见在不同工艺参数条件下半固态镁合金组织的变化不大主要差别表现在缺陷的数量和大小方面。可见料筒温度对半固态镁合金成型性具有决定性的影响在料筒温度较低的条件下半固态浆料的流变性不足成型性能不足提高料筒温度可以明显的提高半固态浆料的流变性能但会明显降低固相率在工艺d的条件下除晶粒细小外其组织已经接近普通压铸合金组织。因此在实际产品制备中必须控制好料筒温度和组织这两方面的因素才有可能获得高质量的产品。图5为