镁合金压铸件锻压件工业化生产的工艺与装备选择

对铝合金材料或铝合金压铸工艺有所认识的人都知道，铝合金分含硅高(约10%)的“压铸铝合金”、含硅中等(约5%)，适合重力铸造、低压铸造或金属模铸造的“铸造铝合金”，以及适用于挤压、锻压等压力加工，含硅量很少(1%-2%以下)或基本不含硅的“变形铝合金”。

不少人以为，在铝合金或镁合金中加硅，主要是为了增加合金的流动性，其实并不全面正确，且有认识的偏差与误导。

在合金中加硅，作用主要确有两项：

第一是增加流动性。但这主要是对重力铸造等很低的压强下充型而言的。检测与实践都表明，不加硅的合金与加了硅的合金，在超过1MPa的充型压强下充型，差异并不大。当今的压铸机与压铸工艺，充型压强可以超过100MPa，即使是最差流动性的合金(变形铝合金、变形镁合金等)，都不存在充型不足的困难。

第二是减少“液—固”相的相变体积收缩率——这一项才是最重要与最关键的。有研究指，含硅量到20%左右的铝合金(如A390)，相变体积可以基本不变。所以，用于高温场合的铝活塞，总是硅含量较高的合金。因为压铸工艺的本质特性，属单方向的高压强充型铸造，不具有反向补缩功能，这是它与低压铸造、重力铸造具有反向补缩充型的工艺特性完全不同的地方。正是这个原因，行业上才特意配制相变收缩率比较低，含硅量尽量去到最高，专门为了压铸工艺不能反向补缩的铝合金牌号。

增加硅在合金中的含量会付出很大的代价：大幅削弱了合金的强度，并使合金变脆，延伸率显著降低。压铸铝合金(如ZL107、ADC12)普遍就比变形铝合金的强度低了一半甚至大半，约在200MPa范围。对比A356、6061(LY硬铝)、ZL101合金强度在400MPa，7075(LC超硬铝)强度达600MPa就可知了。硅还是非金属，不能阳极氧化与着色。故从本质上说，硅对合金归属为一种有害的或杂质类的元素。

所以，我们一般都将压铸件称为“结构件”，很多功能上有要求，被称为“功能件”所用的地方，如有高强度、延伸率高(不脆)、耐高温、表面着色、耐冲击韧性要求等场合的，压铸合金基本就不能用了。

实践上，用压铸工艺生产含硅量在5%左右的铸造类合金(如生产铝合金轮毂的A356、ZL101牌号合金)，毛坯合格率明显降低，缩孔缩松非常严重。原因在于，该类铸造合金的体积收缩率较大，本来就只适合于有补缩系统的铸造工艺的(如重力铸造、金属模铸造、低压铸造)。用没有补缩系统的压铸工艺生产，明显勉为其难，缩孔缩松缺陷又怎不明显增加呢。

现时的压铸机，能产生一定补缩作用的手段有两个：

一是加快压射的速度，让熔体有一定的动能(加速)，这会产生一定的补缩作用，却极不可靠，这样会更容易卷气产生气孔缺陷。

二是靠压射冲头的“加力”(几十年前所称的“精速密压铸”)。压射冲头的“加力”，本质上只是加了压强，而不是直接加力于毛坯体本身物理概念的做功(锻压)。这种“加力”，可理解为重力铸造或低压铸造中对一个位置的补缩——这同时还要加大内浇道(所谓大水口)才能有效果。但对于需在多个位置进行补缩的毛坯，单靠压射冲头的作用显然生产不出合格产品。两者相比，以压射冲头的“加力”，作用远好于对熔体的“加速”充型。

现时的“多功能”低压铸造机，其实是将复杂的重力铸造充型与补缩系统机械化，本质上已是“中低压铸造充型 多点挤压铸造补缩”，具有多工位补缩的工艺装备：即熔体的充型速度与压力，实现无级调节的机械化，同时具有对毛坯多个需补缩的位置的压力强制补缩。这种“低压铸造机”，其实就是用了多向连铸连锻、多向压铸模锻的工艺思路，只是缺了对毛坯主投影面进行锻压的功能而已。

回过头来看，就知道镁合金压铸为什么艰难：它与用压铸工艺生产A356、ZL101、ZL203等重力铸造铝合金毛坯，碰到的是同一类问题——如何补缩的问题，却是难度甚高、极大的问题。因为现时的镁合金牌号，只有含硅量很低(1%-2%)、体积收缩率极大的“铸造镁合金”，而根本没有体积收缩率比较低的“压铸镁合金”。其难度(主要是体积收缩率极大与变形合金所需的压力加工特性——高位合金极易晶粒粗大与偏析)，相当于用压铸工艺生产6061、6063合金，相当于挑战压铸工艺那不可思议的绝对禁区!

这就得出两个极重要的结论：

一是现时的铸造牌号镁合金，只应适用于拥有多功能的具有复杂良好补缩系统的低压铸造装置生产，而基本不适合没有补缩能力的压铸工艺生产。别相信现时的所谓“镁合金压铸机”，因为它只是相对于传统压铸工艺仅提高了压射充型的速度，但这能起到的补缩作用却甚差，比以压射冲头的加力作用与“大水口”工艺还要差得多。

可以说，以传统压铸工艺，或所谓的“镁合金压铸机”生产镁合金压铸件，其“成功”只具有偶然性或特殊性，不具有普遍性与工业性;以传统的压铸工艺(包括所谓的镁合金压铸机)搞镁合金压铸件生产，根本就是选错了装备走错了方向，工艺基本不可行，不具工业上的普遍适应性，更多的会以失败告终——如同以压铸工艺生产6061、6063、5052、2024等变形铝合金材料一样的惨败告终。

二是改用具有多向强制补缩与多向锻压功能的多向压铸模锻、多向连铸连锻工艺与装备生产，直接生产出如压铸件一样结构复杂的镁合金锻压件。这项工艺，可生产完全不含硅的变形铝合金锻压件，也能生产完全不含硅的变形镁合金锻压件。

连铸连锻、压铸模锻工艺装备，源于强制锻压补缩的液态模锻工艺思维，是直接挤压铸造(液态模锻、熔汤锻造)与间接挤压铸造工艺相结合的技术，是我国原创的发明专利技术，已相当成熟可靠。

镁合金的压铸模锻生产已达到成熟的工业化水平。对镁合金铸锻件工业化生产的工艺与装备选择，有如下建议：

1．普通镁合金（易燃镁合金）铸锻件的生产

第一选择是热室卧式镁合金压铸模锻机。它的优点是，没有复杂的防止镁合金燃烧的保护系统。

建议采用双炉并联的保温与熔炼系统，一个炉子为保温炉，生产时加盖密封不开启，加保护气体密封保护，另一个炉子作专项熔化镁锭。熔化炉建议采用现成的镁合金工频炉（山东某大型工业电炉厂可配套）。这个方案，投资是最小的。

热室卧式镁合金压铸模锻机的生产效率高，对于小尺寸镁合金毛坯的生产是最优的选择。而需要大规格的热室卧式镁合金压铸模锻机时，现时的设备生产商，会要求较长的订造时间。

第二选择是冷室卧式镁合金压铸模锻机。它的优点是，可生产特大型镁合金铸锻件（如镁合金轮毂等），现时已有的最大机型为900吨到1200吨模锻力的设备。

熔化炉同样建议采用现成的镁合金工频炉。定量给汤装置采用现时成熟的设备。

这个方案的唯一缺点是，现时的镁合金定量给汤装置造价还较高。

2．阻燃镁合金铸锻件的生产

现时，阻燃镁合金在功能上与普通镁合金是一样的，如果客户没有对镁合金品种提出要求，建议我们都使用阻燃镁合金生产铸锻件，并作为新上镁合金铸锻件项目推荐的最优选工艺。

材料方面，我国已有达到国际先进水平的阻燃镁合金研制成果，并获2003年国家科技进步二等奖。这种镁合金的燃点温度从熔点以下的520℃ （AZ91D镁合金的燃点是510℃）提高到高于熔炼温度（760℃），实现了镁合金在大气下的无保护熔炼与铸锻生产。

设备方面，可选用现时所有的普通挤压压铸模锻机作配套生产，也就是说，生产镁合金铸锻件的装备与生产铝合金挤压压铸模锻机是完全一样的，装备投入下降20%，整个生产成本可降到最低。

3．阻燃镁合金铸锻件的半固态生产

挤压压铸模锻的另一个工艺优势可在生产阻燃镁合金铸锻件时充分发挥出来，这就是能够采用镁合金的半固态挤压压铸模锻工艺。

镁合金的熔点是650°C，其半固态温区宽，所以是一种理想的半固态射注成型金属。采用镁合金的半固态挤压压铸模锻工艺，可将镁合金的始铸温度从原来的760℃，降到合金熔融状态的560～630℃。

很多普通镁合金经简单的阻燃合金化后，燃点都能高于560～630℃这个温度，这就使镁合金在大气下的无保护熔炼与铸锻生产具有普遍性，不再局限于现时研制出来的少数几个牌号。

《镁合金压铸件(GB/T 25747-2010)》的附录A、附录B、附录C、附录D和附录E均为资料性附录。本标准由全国铸造标准化技术委员会（SAC/TC54）提出并归口。本标准负责起草单位：隆鑫工业有限公司。本标准参加起草单位：沈阳铸造研究所、一汽铸造有限公司、东风（十堰）有色铸件有限公司。本标准主要起草人：张映辉、曲学良、冯本贞、邓志勇、刘海峰、杨召岭。

前言

1范围

2规范性引用文件

3技术要求

3.1化学成分

3.2力学性能

3.3压铸件尺寸

3.4加工余量

3.5表面质量

3.6内部质量

4质量保证

5试验方法和检验规则

5.1化学成分

5.2力学性能

5.3几何尺寸

5.4表面质量

5.5内部质量

6交付、包装、运输和贮存

附录A（资料性附录）压铸镁合金试样的力学性能

附录B（资料性附录）线型尺寸受分型面影响时的附加量（增或减）

附录C（资料性附录）线型尺寸受模具活动部分影响时的附加量（增或减）

附录D（资料性附录）压铸件形状和位置公差

附录E（资料性附录）国内外主要镁合金压铸件材料代号对照

a、正确选择压铸件的材料，

b、合理确定压铸件的尺寸精度；

c、尽量使壁厚分布均匀；

d、各转角处增加工艺圆角，避免尖角。