一種鎂合金鑄造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鎂合金鑄造方法。
【背景技術】
[0002]擠壓鑄造是借助壓力機壓頭的機械壓力，把定量澆入金屬模膛中的金屬液(或呈半固態)擠壓成形，使其在機械壓力作用下結晶和塑性成形，從而獲得優質鑄件的一種先進的鑄造工型。
[0003]擠壓鑄造是一種借鑒于壓力鑄造和模鍛方法而發展起來的新型加工方法，它包含了壓力鑄造和模鍛方法的若干特點，并有自己的特性，因而又稱為液態模鍛。
[0004]從鑄造的角度，擠壓鑄造側重于壓力下凝固與補縮，而從鍛造的角度，液態模鍛更側重于塑性變形的力學行為。擠壓鑄造的概念最早出現在1819年的一項英國專利中，第一臺擠壓鑄造設備1931年誕生在德國，隨后擠壓鑄造在前蘇聯得到廣泛應用，但直到20世紀60年代才開始在北美、歐洲和日本獲得應用。此時，前蘇聯已有150家工廠，約200多種產品用于生產。1964年前蘇聯《液態金屬模鍛》專著的發表，標志著這項方法在生產領域中得到確立和應用。1970年在美國召開的第六屆國際壓鑄會議上，美國學者J.c.Benedyk發表了 “squeeze casting”(擠壓鑄造)的著名論文，向歐美等國家推薦此方法，從而使該方法有了 “擠壓鑄造”和“液態模緞”兩個不同的名稱，并列入“特種鑄造”的范疇。
[0005]我國于1957年開始此方法研究，到60年代中期己用于生產少量鋁合金件，如廣東儀表廠、西安儀表廠、濰坊鑄鍋廠等都是我國第一批應用該方法生產鑄件的單位。70年代部分高校和研究所相繼開展此項方法基礎研究，推動了我國在該方法領域的較快發展。80年代中期至90年代中期擠壓鑄造技術進入了快速發展階段，一大批擠壓鑄件相繼開發成功并投入生產。如以擠壓鑄造生產的摩托車鋁輪毅、汽車空壓機鋁連桿和汽車制動栗缸體等。到90年代后期擠壓鑄造處于健康、穩步發展階段。近幾年，擠壓鑄造發展迅速并且漸漸商業化，美國、英國、加拿大等國家利用擠壓鑄造生產汽車輪軸和柴油機的活塞等。
[0006]直接沖頭擠壓鑄造是利用成形的沖頭，在合型時把它插入液態金屬中，將部分液態金屬向上反擠，以充填由凹型和沖頭形成的封閉型腔，繼續升壓和保壓直至鑄件完全凝固。此方法特點是:無澆注系統，充型壓力直接施加到型腔內的金屬熔體上，充型合金液凝固速度快，所獲得的鑄件組織致密、晶粒細小。直接擠壓鑄造方法存在的主要問題:(1)澆入的液態金屬必須精確定量。(2)鑄件要向沖頭方向單向凝固，以保證壓力的有效傳遞。(3)控制沖頭的插入過程，以使液態金屬以非湍流的方式向上移動，從而避免氧化夾渣等缺陷。
(4)在提高生產率以及制造形狀復雜鑄件方面存在一定困難。(5)擠壓鑄造金屬模具通常由高質量的模具鋼制造，而且要求有足夠大的壁厚以承受壓力。
[0007]間接沖頭擠壓鑄造很像壓鑄，通過由沖頭和凹型組成的內澆道，將壓力傳遞到鑄件上。在間接擠壓過程中，液態會屬是通過澆注系統引入型腔的。擠壓設備通常采用較大的壓射筒，壓射擠壓活塞可以控制液態金屬的射入速度。在注射后期，壓射活塞通過澆道對型腔中的金屬施加高壓。通常，確定壓力是否有效傳遞和合理設計澆注系統，是間接擠壓鑄造方法的兩個主要問題。
[0008]擠壓鑄造方法是一種借鑒于壓力鑄造和模鍛方法而發展起來的新型金屬加工方法。它包含了壓力鑄造和模鍛的若干特點，并且有自己的特點，主要特點有:
[0009](1)使用材料方面，擠壓鑄造方法有其簡便性、經濟性和高效性，與其他鑄造方法相比，合金液的利用率很高，可達95%，可制造接近凈形化高質量零件。
[0010](2)力學性能顯著提高。與傳統鑄造合金相比，屈服強度提高10%?15% ;伸長率以及疲勞強度提高50%?150% ;力學性能與變形合金接近。
[0011 ] (3)擠壓鑄造使合金液緩慢充型并在高壓下的凝固，可以全部或部分消除鑄件內部的氣孔、縮孔和縮松缺陷，使鑄件組織密度大大提高。
[0012](4)擠壓鑄造獲得的鑄件可以進行熱處理。
[0013](5)在機械壓力作用下使液態金屬與鑄型型壁之間的接觸緊密，這不僅使擠壓鑄件有較低的表面粗糙度和較高的尺寸精度，而且更為重要的是大大改善了凝固過程中的傳熱條件，使凝固速度增大，晶核數目大大增加，微觀組織顯著細化。
[0014](6)擠壓鑄造過程中，鑄件的各個部位通常處于壓應力狀態，這一特點除了有利于補縮外，還可防止鑄造裂紋(如熱裂)的產生。換句話說，擠壓鑄造的方法適應性很強，不大受到合金鑄造性能好壞的限制，故可用于各類合金(有色和黑色合金)的擠壓鑄造。
[0015](7)擠壓鑄造一般是在擠壓機上進行，故而便于實現生產的機械化和自動化，因此生產率高。
[0016](8)擠壓鑄造不大適合于薄壁復雜鑄件的生產。
[0017]液態金屬澆入型腔后，在加壓開始之前的一段時間里(開始加壓時間)，液態金屬在與凹模型壁和型芯的接觸面上，生成一層凝固層。液態金屬澆注量越少、合金鑄型導熱性越好、澆注溫度和鑄型溫度越低、開始加壓時間越長，則最初的凝固層越厚，這對隨后的擠壓成形乃至最終的鑄件質量都將產生重要的影響。隨著壓力下凝固過程的進行，鑄件凝固層厚度與強度不斷增加，其內部包含的金屬液不斷減少；當厚度和強度增至一定數值后，壓頭被鑄件側面的一凝固層所支撐，從而無法通過金屬液將壓力從側向傳遞到已凝固層上。這樣鑄件側面的已凝固層則因只受到縱向壓縮力的作用而彎曲。根據上述過程，可將擠壓鑄造的主要方法參數歸納為:
[0018]澆注溫度
[0019]澆注溫度直接影響著擠壓開始時自由凝固層的厚度和擠壓凝固過程中液態金屬總熱量的散失，進而還影響著凝固時間，凝固速度和鑄件補縮等問題‘301。在其他條件相同的前提下，如果澆注溫度過高，則熔液與模具間溫差大，熱傳輸量大，使熔液凝固速度變慢，因而凝固后試件晶粒較粗大，且擠壓時易引起金屬液的飛濺。另外，澆注溫度太高，浪費能源，增加模具損耗，并可能使液態金屬吸氣氧化嚴重，直接影響制件質量。若澆注溫度過低，則可能由于已凝固層過厚，則在擠壓時，壓力主要由硬殼承擔，試樣中心部位補縮不足，易形成縮松。由此可見，選擇合適的澆注溫度是實施擠壓過程的重要前提。
[0020]鑄型預熱溫度與鑄型工作溫度
[0021]鑄型預熱溫度和鑄型工作溫度