企业管理半固态触变注射成型镁合金组织性能分析(8).docx

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1、企业管理华固去触变注射成型镁合金组织性能分析(doc8)半固态纸变注射成型娱合金组织性能分析摘要：本文对半固去触变注射成型俣合金AZ91D的组织与性能进行了分析，结果说明， 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，从而为应用半固忐触 变注射成型法进行镁合金沌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、易回收等特点从次多金属材料中脱颖而出，广泛的应用于 航空、航天、也子和汽车等行业。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”

2、(Computer、Communication. Consumption Electronics Products)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挑放要求，从而生产出重 量轻、耗油少、环保的新一代交通工具。国内外广泛集用的镁合金成形方法为压铸法。压铸镁合金产品具有尺寸稔定性好、生产 率高等优点，但也具有卖杂多、气扎多、成形后唯热处理、尺寸近净成形差等缺乏。系用 压铸法制爱的零件很睢满足诸如用于“ 3C”产品中所广泛使用的海壁壳体类零件以及用 于况车工业中的高性能镁合金零部件的要求。同压

3、铸法相比，半固志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、 外表和内在质量高等优点，此外还有节约能源、平安性好、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走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溜车用高性 性能镁合金的研究开发作适当的技术储藏。2半固思触变注射成型技术的原理及工艺过程半固态触变注射成型技术的原理在普通铸造过程中，初品以枝品方式长大，当固相率到达0.2左右时，枝品就形成连续 网络骨架，失去宏观流动性

4、。半固态成形是在液态金属从液相到固相冷却过程中遂行强 烈挽摔，使普通铸造成形时易于形成的树枝品网络骨架被打碎而保分散的颗拉状组织形 形玄，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0.50.6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、排压，模锻等实现金属的成形24。 华固去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T HIXOMAT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 结合，集半固忐金属浆料的制备、输送、成形等过程于一体，该法较好地斛决了半固忐 金属菜料的保存输送、成形控制国唯等问题。2.1 半固宓触变注射

5、成型技术的工艺过程注射成形法主要工艺过程如下：被制成颗瓶的镁合金原料（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 志，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枝的固体颗粒， 在注射缸的作用下，以相当于塑料注塑机的十僖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系用目本制钢所的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铁合金AZ91D组织与性能的变化以及耐腐蚀 性能。

6、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,标准螭变试样,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2 JLM 450-MG触变成型机 图3注射成型的半固宓镁合金试样快速腐蚀条件如下：腐蚀介质为0.5%NaCl或O.lmolNaCl漆液；试验温度：室温（T静忐） 或351；腐破时间：5昼夜。4结果与讨论半固志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

7、温度的差异，在图4中由工艺(a)至工艺(d)料筒温度逐步升嵩。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，半固态俣合金组织的变化不大，主要差异表现在缺 陷的数量和大小方面。可见,料筒温度对半固本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，半固宓浆料的流变性缺乏，成型性能缺乏，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，除晶拉细小外， 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为半固杰镁合金组织的扫描电镜照片。由图5a可见，半固忠镁合金试

8、榛的组织细小、 均匀,图5b为放大的晶界相 , 对晶界相的定点能谱分析说明 , 其品界相的主要组成为M g和AL并含有少量的Zn,其定点能谱分析结果如图6所示。对半固志铁合金进行线扫 措的结果说明，A1和Zn主要分布在晶界上，在品内分布较少，Mg那么主要分布在品内， 在晶界处Mg含量明显减少，如图7所示。以上结果说明半固去触变注射成型镁合金的组 织形杰及分布基本与压铸组织相同。HMmV III.Ml IK(a)半固本镁合金组织(b)半固出镁合金的晶界相图5半固忐镁合金组织的扫描电镜照片图6半固态镁合金晶界相分析:.f 41/1,4410一 A，a：U .图7半固忐镁合金线扫拙结果4.1 半固忠

9、触变注射成型AZ91D的力学性能分析触变注射成型AZ91D的力学性能图8中示出了 50根试棒r图4工艺d条件下)中随机抽取5根试棒的力-位移曲线、力 -变形曲线以及力学性能的测量数据。由此可见，半固忐触变注射成形试棒已到达了很高 的强度，其平均断裂强度可到达270MPa以上，平均屈服强度可达150Mpa左右(由于 铁合金试棒在拉伸过程中没有明显的屈服点，故而以opO.2估算屈服强度)o力位移曲线力位移曲线试样编号承始尺寸 O LFb . (kN)。卜(MPa)0 pa 2 . (NfPa)16.40*50.008.698270.380150.6946.30*50.008.722279.8101

10、52.40736.30*50.008.167262.000153.70646.30*50.008.425270.27014638356.60*50.009.297271.750147.513平均值8.662270.842150.141力变形曲线图8率固去镁合金的力学性能4.1.1 盐水快速腐蚀对触变注射成型AZ91D性能的影响镁合金的抗腐蚀性能是衡量镁合金性能的一个重要指标，本文象用快速腐蚀试验考察了经 经快速腐蚀后触变成型镁合金试棒组织与性能的变化。所采用试棒与前述力学性能试棒 相同。图9示出了经5金在快速腐蚀后AZ91D镁合金试棒的力学性能。可见，腐蚀后镁合金试 棒力学性能明显下降，平均断

11、裂强度下降到220MP左右，屈服强度下降至120Mpa左右。 腐蚀试验结果说明，尽管半固去组织细小、致密，但是其抗腐蚀性能仍然相当差，做为重 要结构部件和装饰性壳体类零部件时，仍须采用适当的外表处理工艺，否那么将无法满足使 用要求。力变形曲线力位移北线试样编号原始尺寸O LF(kN)Fb.(Mpa)o po 2.(K#)16.40*50.007.141222.090121.66727352227.230123.486， J638*50.007.148223.704119.25747.316227.53313038356.45*50.007.214220.896118.645平均值7.23422

12、3.890122.688图9快速腐蚀后触变注射成型AZ91D的力学性能65结合近年来，世界各国高度重视镁合金的研究与开发，将镁资源作为21世纪的重要战略物资， 加强了镁合金在汽车、计算机、通讯及航左航天领域的应用开发研究。美、目、欧等兴旺 国家自南已经投入大量人力和物力，实越多项大型联合研究开展计划，研究汽车用镁合金 零部件，这些研究开发计划加快了国外应用镁合金零部件的步伐。我国是一个摩托车生产 产、请费大国和出口大国，也是一个潜在的汽车生产和消费大国。然而，目前我国的铁 合金成型技术还相对落后，镁合金零部件的力学性能及耐腐蚀性能较低是制约沌车用镁 合金零部件在我国应用的一个重要因素。本论文通过对触变注射成型AZ91D镁合金试棒的显微组织、力学性能分析和快速腐蚀试 验，得出如下结论：应用触变注射成型技术可得到组织细小、致密，力学性能相对较高的 镁合金部件。其综合力学性能优于目前广泛集用的压铸镁合金部件。但是应该看到，触变 注射成型设备的嵩昂费用及所必须支付的专利许可费用，加之成型用原材料铁拉的成 本钱较高，整体投资比拟大。因而该技术尤其逡用于那些具有较高要求和高附加值产品 的加工。