38湖南有色金属HUNANNONFERROUSMETALS第23卷第1期2007年2月镁合金的应用及其塑性成形技术段亚利1,张治民2,薛勇1(1.中北大学,山西太原03005l;2.山西省精密成形工程技术研究中心,山西太原030051)摘要:文章介绍了镁及镁合金的特点,总结了镁合金在汽车、自行车、航空航天、3c产品、武器等方面的应用,阐述了镁合金塑性加工技术的现状,提出了塑性成形是镁合金产品成形的发展方向。关键词:镁合金;应用;塑性成形中图分类号:TGl46.2+2文献标识码:A文章编号:1003—5540(2007)0l一0038—04进入21世纪,资源和环境已成为人类可持续发展的首要问题。随着金属材料消耗量的急剧上升和科学技术的飞速发展、大规模生产工艺的出现和广用于手机等通讯产品;(6)镁合金加工成型性好,成品外观美丽,质感佳,无可燃性(相对于塑料),可制作笔记本电脑、照相机等外壳;(7)镁合金线收缩率很小,尺寸稳定,不易因环境改变而改变(相对于工泛使用,使地球表壳的资源日趋贫化。新型轻型合金材料的研发日益受到各国的高度重视,镁合金凭借其优良的性能受到了国内外专家的关注…。本文综述了镁合金的应用及其塑性成形技术的进展。程塑料);(8)镁合金材料可100%回收,回收率高,符合环保法。凭借这些优点镁合金被誉为“21世纪的一种绿色工程材料”,并将成为2l世纪重要的商用轻质结构材料【5J。由于镁合金的特殊性质及其应用优势,1镁及镁合金的性能特点镁是常用金属中最轻的一种,是地壳中最丰富越来越多国家的、企业和研究机构对镁合金及其成形技术高度重视,并且投人了大量人力、财力进行开发研究,取得了显著的效果。的元素之一,约占地壳组成的2.5%,主要以白云石(碳酸钙镁)和菱镁矿存在;另外,在盐湖及海水中的含量更是取之不尽。镁的熔点为650℃,与铝相近;镁的化学性能活泼,在空气中易自燃;镁为密排六方2镁合金材料的应用与其它合金相比,镁及其合金有很多突出的工艺及性能特点,使其可广泛应用于汽车、通信、电子、电器、航空、航天、国防及军事装备、交通、冶金、化结构,滑移系少,有脆化倾向,用作结构材料必须合金化[2|。镁合金的特点【3’4j主要有:(1)密度小,只有1.8觚m3,是铁的l/4,铝的2/3,是目前所应用的结构合金中最轻的,能有效降低部件的重量,节约能耗;(2)比强度大,略低于比强度最大的纤维增强材料,学、化工等行业【6J。本文介绍了镁合金在汽车工业、自行车行业、航天航空、3C产品及武器上的应用。2.1镁合金在汽车工业上的应用【7·8J远高于工程塑料;(3)导热性好,膨胀系数较大,弹性模量低,稍逊于一般的铝合金,是一般工程材料的300倍,且温度依赖性低,可用于制造要求散热性能好的电子产品;(4)阻尼性很好,吸收能力强,具有极为减轻汽车重量以降低油耗,以及“环保型汽车”对材料可回收性的要求,镁合金在汽车工业中的应用日益广泛。镁合金用作汽车零部件与其它金属部件相比通常具有如下优点:(1)提高燃油经济性能综合标准,降低废气排放和燃油成本,据测算,汽车所用燃料的60%消耗于汽车自重,汽车每减重10%,消耗将减少8%一10%;(2)质量减轻可以增加车辆的装载能力和有效载荷,同时还可改善刹车和加速性能;(3)可以极大改善车辆的噪声、振动现象;强的减震性,可用于震动剧烈的场合,用在汽车上可增强汽车的安全性和舒适性;(5)镁合金是非磁性屏蔽材料,电磁屏蔽性能好,抗电磁波干扰能力强,可作者简介:段亚利(1980一),女,在读硕士,主要研究方向为金属材料精密成形技术。万方数据 第l期段亚利,等:镁合金的应用及其塑性成形技术39镁合金具有的优异变形及能量吸收能力大大提高了汽车的安全性能。目前汽车工业中镁合金用量较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国。这3个地区1991年的用量为24kt;到1997年增至67kt,预计到2006年将达到200kt。我国汽车厂使用镁合金件还被用于制造77mm炮弹引线;在20世纪30年代的应用有大炮车轮和小雷投掷器;20世纪40年代的应用有60mm迫击炮炮座、6000—16型大炮炮车车轮、地面导弹发射器等;到20世纪50年代,镁合金又被用于制造控制系统雷达、M151MuTT车轮、M116运输机舱顶拱部件和底板;在20世纪60年代,镁合金被用于生产迫击炮底座、法国AMx30坦刚刚开始,目前一汽、东风和上海大众等厂家已在使用,上海桑塔纳轿车的变速箱壳体、壳盖和离合器外壳等使用镁合金量约8.5kg。总的来说还远远落后于发达国家,这方面的市场潜力还很大。2.2镁合金在自行车上的应用克车轮的变速箱、法国AMxl0坦克架、AMl02105mm榴弹炮炮架架尾等;到20世纪80年代后,为了实现武器轻量化,镁合金在军事领域的应用逐渐扩大,有着广泛应用前景∞J。利用镁合金的重量轻、比强度高和耐冲击的优点。镁合金己经开始在自行车上得到应用。使得自行车更轻便、更快速、更舒适,并具有优良的避震性3镁合金的塑性成形技术由于镁具有密排六方晶体结构,在室温下只有基面{o001}产生滑移,滑移系数仅为3个,晶面产生滑移的可能性相当有限,因而导致镁合金的塑性很能。用镁合金制造的折叠式自行车车架重量仅1.4kg,总重量仅为4kg。美国Lightning公司【4J称该公司制造的F一40全镁自行车是全世界最快的自行低,冷态下变形十分困难。当温度升高到300℃上时就可以出现再结晶过程,使镁合金具有更好的成形性。因此镁合金的塑性加工一般均是在热态条件下完成的。通常的压铸工艺生产的镁合金零件无法满足高性能零件的要求,且该工艺必须消耗一定的浇口废车。在横跨美洲比赛的记录约需9d,用该车进行接力赛只用了5d时间。2.3镁合金在航天航空上的应用航空材料减重带来的经济效益和性能改善十分显著,商用飞机与汽车减重相同质量带来的燃油费用节省,前者是后者的近loo倍。而战斗机的燃油费用节省又是商用飞机的近10倍,更重要的是其机动性能改善可以极大提高战斗力和生存能力。正因如此,航空工业采用各种措施增加镁合金的用量,而且在相应的零部件开发上得以应用【7|,如航空发动料,材料利用率较低,在应用上受到了一定。塑性精密成形零件在承载能力、承受冲击载荷等方面都要优于铸件旧J。因此,在生产上迫切要求开发镁合金塑性成形先进工艺。然而,由于镁合金塑性指标低、对变形拉应力极其敏感、承受能力低、易产生脆性断裂,了其塑性成形技术的应用(目前仅停留在挤压截面相对简单的型材生产上)。3.1镁合金挤压成形技术机零件、油箱隔板、飞机长桁、翼肋、飞机舱体隔框、战斗机座舱舱架、直升机发动机后减速机匣、涡轮喷气发动机的前支撑壳体等各类承力构件、各种附件。2.4镁合金在3C产品上的应用3c产品属于镁合金的高端应用领域,指电脑、通讯、家用电子产品。从1990年起,电子产品一直保持着快速增长的势头,电子工业的硬件部分的发展与新技术和新产品的开发紧密相连。目前日本和在这个领域保持领先地位∞J,除生产笔记本电脑、MD随身听和数码相机三大采用镁合金最多的产品外,还开发出带有镁合金部件的手机、摄像机、电视机外壳、CD播放机、掌上电脑等。随着消费者对轻、薄、短、小以及时尚新潮的要求越来越多,在3c产品的外壳应用上,镁合金已有逐渐取代ABs、Pc等材料的趋势。2.5镁合金在武器上的应用镁合金最早应用于军事工业领域是在1916年,镁及其合金可以在油压机上通过等温挤压和热挤压成棒材、管材以及具有各种截面形状的结构型材,挤压工艺过程和挤压设备与铝合金挤压成形基本相同。由于镁合金的变形特性与温度相关,镁合金的典型挤压温度为300~450℃之间【10J。在挤压时,为了减轻坯料与挤压筒及凹模之间的摩擦,防止粘模,降低摩擦力,有利于金属流动,必须采用润滑剂,同时润滑剂还起到隔热的作用,从而提高模具寿命。3.2镁合金锻造成形技术【11-12J镁合金的可锻性取决于固相线、变形速率和晶粒度3个因素。锻造所用原料一般采用可锻性较好的Az和zK系,这两系合金可通过添加晶粒细化剂万方数据 湖南有色金属第23卷和合金元素得到满意的晶粒尺寸。镁合金在较高温度下尤其400℃以上时,很容易产生腐蚀氧化,因而不易锻造。等温锻造是镁合金的主要锻压成形工艺,镁合金导热系数很大,为钢的两倍,锻造温度范围窄,接触模具降温很快,塑性降低,变形抗力增大,充填性能下降,因此适合等温锻造成形。采用等温锻造工艺成功地成形了复杂的镁合金飞机上机匣,是我国目前最大的镁合金模锻件。3.3镁合金轧制成形技术根据金属变形的主变形图,轧制属于两向延伸、一向压缩的主变形方式,因此轧制不利于充分发挥镁合金的塑性变形能力,一般针对合金化程度较低,塑性较高的镁合金系材采用轧制工艺来生产板材,如典型的高塑性类Az31合金和M1A合金。但对于有色金属材料制品而言,70%以上产品是板、带材,因此通过轧制获得变形镁合金板材是变形镁合金材料最重要的生产方式。由于密排六方的镁变形能力有限,为使锭坯获得较大的变形量和减少裂纹的产生,轧制变形一般采用热轧工艺【l3I。根据合金成分的不同,热轧可以在300~450℃之间进行。热轧时的道次压缩率应控制在10%~30%之间,若变形过程中板料温度降低,则需要重新加热,以保证热轧过程的进行。除热轧外,镁合金板材还可以进行温轧或冷轧,但其变形量一般不大,而且冷轧的板坯一般经过热轧开坯或挤压开坯,使粗大的晶粒经过变形被破碎或发生再结晶获得细小晶粒,提高塑性变形能力后才冷轧。3.4镁合金的冲压成形技术镁合金在常温下塑性差,易裂,所以不采用在常温下进行冲压成形,一般板材热冲压都采用在150℃以上进行。在175℃镁合金板杯形件拉深的拉深比可达2.0,而在225℃时可达3.0,超过了钢板和铝板在室温下的拉深比(分别为2.2和2.6),据小坂田研究,镁合金板材在250℃左右拉伸时具有超过铝合金和低碳钢的常温拉伸极限的拉伸比u4|。德国大众公司开发出了镁合金汽车覆盖件的热冲压技术,成功地生产出汽车内门板¨5|。德国奥迪汽车公司采用热冲压法成功地生产出镁合金汽车件。典型的镁合金零件有汽车内门板¨6'17|,例如Polo两门车应用内镁外铝混合车门,用镁板可比用钢板减重50%,比用铝板减重20%。镁合金拼焊板冲压件也是镁合金的一个重要应用方式。万 方数据4结束语镁合金因其密度小、比强度高、储量丰富等诸多独特优点,成为一种新的发展很快的结构金属材料,在汽车、3c电子产品、航天航空等领域有广泛的应用前景。目前,镁合金主要采用压铸方法加工成形,但塑性加工技术很不成熟,塑性加工技术的发展是镁合金得到广泛应用的前提。经过塑性加工后的镁合金性能会进一步提高,塑性成形是镁合金产品成形的发展方向。参考文献:[1]左铁镛.中国镁及镁合金发展战略[J].科学中国人,2006,(2):28~29.[2]张同俊,李星国.镁合金的应用和中国镁工业[J].材料导报,2002,16(7):11一14.[3]刘政军,苏允海,刘铎,等.镁合金及其成型技术综述[Jj.沈阳工业大学学报,2006,28(1):14—28.[4]王文先,张金山,许并社.镁合金材料的应用及其加工成型技术[J].太原理工大学学报,2006,32(1I):599—603.[5]余棍,黎文献,王日初,等.变形镁合金的研究、开发及应用[J].中国有色金属学报,2003,13(2):277—288.[6]陈振华.镁合金[M].北京:化学工业出版社,2004.[7]张津,章宗和.镁合金及应用[M].北京:化学工业出版社,2004.[8]陈亚军,黄天佑.镁合金应用现状及铸造技术研究进展[J].铜业工程,2005,(1):45—49.[9]胡亚民,夏华,孙智富.镁合金的塑性加工技术[J].锻压装备与制造技术,2004,(5):61—66.[10]刘奎立,张治民,杨宝付.镁合金的成形技术及其应用研究[J].锻压技术,2004,(5):5—8.[11]向冬霞,曹建勇,王军.镁合金配件在汽车、摩托车上的应用[J].汽车工艺与材料,2002,(21):4l一43.[12]李晓敏.铸镁合金在汽车中的应用及其发展前景[J].世界有色金属,200l,(9):16—18.[13]黎文献.镁及镁合金[M].长沙:中南大学出版社,2005.[14]098waN,ShiomiM,0saI£adaK.Formi”gbmitofmagnesiumalloyeleVatedtemp8raturef0‘precisionf0‘gi“g[J].Int.J.MachineT00lsandMaIlufacture.2002,42:607—614.【15]EnssJ,ReierT.ANewm89nesiumroUedpmducfjonsforaufomo—bde印plications[cJ.Proceedi“gofthesecondIsraeuInternationalConferenceMag“esiumScience&Technology.DeadSea.Israel.2000:19—34.[16]H.Friedrich.s.Schum肌n.Thesecond89。ofmagnesiumresearchstrat89iesbri“gtheautomotiVeindust。y’svisionreali‘y[C].Proceedi“98oftheSecondIsra出InternationaIConferenceM89—nesiumScience&Technology.DeadSea,Israel,2000:9一18.117jA.Ben~Artzv,A.Shtechm趴,N.Ben—Ari,D.Davan.PIasticde—formationofwroughtm89nesiuma110y8AZ3l,ZK60DeadSea,Is—第l期段亚利,等:镁合金的应用及其塑性成形技术41rael[c].Proceedin98ofthes。condIsmeliIntemationalconfe唧1ceMagnes№Science&‰hnology.Deadsea,Ismd,2000:15l—158.收稿日期:2006—12—20TheAppli翰tionofMagnesi唧Alloy锄dItsPl嬲ticFo珊ingTechnolo科DUANYa—lil,ZHANGZhi—min2,XUEYon91(1.Ⅳor£^U乃i秽e,百i。),q厂C矗ino,r口i),Mon03005l,C^ino;2.S^on石iJPrec如ionFor7ningEngineeringTechnologyRese8rchCenter,T8iyunn1a3QQ51,C}Iin8、)Abstract:ThecharaeteristicsandpropertiesofMagnesiumalloysareintroducedinthispaper.TheapplicationsofMagnesiumailoysinautomotiVes,bicycles,aerospace,3Cproductsandweaponsaresummarized.Thepresentsitua.tionofplasticformingtechnologyofMagnesiumalloyiselaborated.Itispointedoutthatplasticformingisthede—VelopmentdirectioninwhichMagnesiumalloyproductsform.Keywords:Magnesiuma110y;application;plasticforming零零祭零零祭零零祭秘祭祭零祭祭琴祭祭琴零零祭零撰举祭棼祭鹕棼器鹕撰祭鹕零祭鹕礴祭琴撩零零零秘零(上接第18页)能力,在现有生产能力上新增精铅锌7.5万t/a。一二次物料,如铅锌氧化物残渣、金属废料、废旧系统烧结挖潜技改方案不仅节省工程投资,而且能zn—Mn电池及电子垃圾等,这既符合节约资源、清促进韶冶的技术进步,提高IsP技术装备水平,无疑洁生产的要求,又降低原料成本,保护环境,提高金给企业带来巨大的经济及社会效益。属回收率。因此,铅锌烧结若大量使用低价物料,特别是二次物料进行生产,在很大程度上将进一步发参考文献:挥IsP的技术优势。[1]袁祥旦.提高Pb—zn烧结工艺对原料适应性的生产实践[J]鼓风炉炼铅锌,2006,(3):】一8.3结语通过挖潜技改可使韶冶实现铅锌30万讹生产收稿日期:2006—11—10r11leImprovableDesignofsinteringPl锄tforsyst哪IofDENGMeng—li(Changsh8Engineering。ndRese8rchInsti£uteo嗲NoF吁色rrousMe£。tl札r雪y,Ch8n昏sh晓4l0011,Chin8、)Abst强ct:Combinedwiththepracticaldesigningwork,theimproVabledesignonthemixing,granulatingandbreakingsectionsforsystemIinShaoguanSmelterarediscussed.SomeadviceaboutthoseaspectswhichneedmoreimproVementinfuturearegiVen.ItisgoodwaytomakefuUuseoftechnologicaladVantagesofISPprocessandsinteringprocessisusedtodealwithcheapsecondPbandZnmaterials.I【eyⅥ叼·rds:IsPprocess;Pbandznsintering;sinteringmachine;technologyimprovement万 方数据镁合金的应用及其塑性成形技术
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
段亚利, 张治民, 薛勇, DUAN Ya-li, ZHANG Zhi-min, XUE Yong
段亚利,薛勇,DUAN Ya-li,XUE Yong(中北大学,山西,太原,030051), 张治民,ZHANG Zhi-min(山西省精密成形工程技术研究中心,山西,太原,030051)湖南有色金属
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