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發(fā)布時(shí)間：2017-12-14
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項(xiàng)目內(nèi)容：
【第一完成單位】 山西汾西重工有限責(zé)任公司
【成果簡介】 鎂合金是工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。純鎂的密度為1.736×103kg/m3，普通鎂合金的密度為(1.3～1.9)×103kg/m3，常規(guī)鎂合金比鋁合金輕30%～50%，比鋼鐵輕70%以上，應(yīng)用在工程中可大大減輕結(jié)構(gòu)件質(zhì)量。同時(shí)，鎂合金具有高的比強(qiáng)度和比剛度，良好的阻尼減震性能，機(jī)械加工方便，易于回收利用，具有環(huán)保特性。鎂的這些優(yōu)點(diǎn)使其被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料”，并將成為21世紀(jì)重要的商用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方(HCP)，塑性變形能力較差，目前主要通過鑄造獲得鎂合金產(chǎn)品。
(1)鎂合金的分類及特點(diǎn)。國際上工業(yè)應(yīng)用的鑄造鎂合金主要有四個(gè)系列，即AZ系列(Mg-Al-Zn-Mn)、AM系列(Mg-Al-Mn)、AS系列(Mg-Al-Si)和AE系列(Mg-Al-稀土)。AZ和AM系列合金是目前應(yīng)用最廣泛的鑄造鎂合金，AZ系列具有均衡的力學(xué)性能、鑄造性能和耐蝕性，其屈服強(qiáng)度最高，典型型號是AZ91，通過加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的Mn來提高防腐蝕性能。一般用于制造形狀復(fù)雜的薄壁壓鑄件，通常用于閥套、殼體等常溫零件。AM系列鎂合金具有優(yōu)良的韌性，用于經(jīng)受沖擊載荷、安全性較高的場合，典型型號是AM60，常用于座位架和設(shè)備儀表板。AZ91和AM60占汽車上鎂合金應(yīng)用量的90%，但它們使用溫度通常不得超過150℃的。要想擴(kuò)大合金的應(yīng)用范圍，必須提高合金的抗高溫蠕變性能，通過加入合金元素進(jìn)行合金化，可以明顯提高鑄造鎂合金的抗高溫蠕變性能。擴(kuò)大合金的應(yīng)用范圍。AS系列鎂合金。其蠕變強(qiáng)度在170℃范圍內(nèi)優(yōu)于AZ91和AM60，同時(shí)具有較好的伸長率、屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度。已在空冷汽車發(fā)動機(jī)的曲軸箱和大眾汽車公司許多零件上得到應(yīng)用，AS系列鎂合金高溫性能的改善是有限的，且較常用的AZ和AM合金難于鑄造。
(2)鎂合金熔煉技術(shù)。鎂的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，鎂液與空氣中的氧，水蒸汽接觸，會發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至引起爆炸。鎂液表面在空氣中反應(yīng)形成的氧化膜疏松多孔，起其積大于原來鎂液的體積，對鎂液沒有防護(hù)作用，若鎂液表面直接暴露在大氣中，起表面氧化膜激增，合金液燒損嚴(yán)重。因此，在鎂合金熔煉和鑄造過程中，鎂液表面必須很好的防護(hù)。熔劑保護(hù)是一種低成本的方法，這種方法不需要特殊的熔煉設(shè)備，只是在鎂合金液的表面撒上熔劑，隔絕合金液與大氣的接觸，就能防止合金的氧化燒損，這里的熔劑種類很多，現(xiàn)在市場上有現(xiàn)成的熔劑出售，也可用硫磺等覆蓋在合金液表面。但熔劑保護(hù)熔劑要產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)，既污染環(huán)境，又對操作者不利，并不是鎂合金熔煉的首選。氣體保護(hù)是一種比較環(huán)保的合金熔煉方法，其中SF6氣體保護(hù)熔煉工藝在工業(yè)上已經(jīng)得到成功應(yīng)用，其作用主要是在鎂液表面形成一層薄而致密的保護(hù)膜，阻斷了空氣與合金液的接觸反應(yīng)。由于SF6氣體的溫室效應(yīng)是CO2的25000倍，因此，尋找其替代品已經(jīng)引起各界的廣泛關(guān)注。目前，工業(yè)上代替SF6的可行方法是0.5%~4%體積分?jǐn)?shù)的SO2與空氣混合，可以使鎂液的表面氧化速度達(dá)到允許的范圍內(nèi)。
(3)鎂合金的低壓及差壓鑄造。低壓及差壓鑄造是一種成熟、可靠、廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)高致密度的有色合金鑄件的有效方法。差壓鑄造是金屬液在氣體壓力下經(jīng)過升液管充填型腔，并在高壓下結(jié)晶凝固，從而進(jìn)一步提高鑄件的致密度和性能。目前，低壓及差壓鑄造已實(shí)際應(yīng)用于汽車用鎂合金鑄件的生產(chǎn)。該技術(shù)的最新發(fā)展是真空傾轉(zhuǎn)法差壓鑄造。
【成果類別】 應(yīng)用技術(shù)
