楚雄生产导热镁合金材料高导热镁合金型材

同铝合金一样，镁合金铸锭也常常显现裂纹，不过镁合金的裂纹敏感性比铝合金的轻得多，型式也有较大差别，也可以分为热裂纹与冷裂纹，不过镁合金的冷裂纹相当少见，仅在MB5和MB7合金锭中偶尔出现，因此镁合金的热裂纹废品量占95%以上。
　　热裂纹
　　铸锭在有效结晶区间形成的裂纹称热裂纹。在结晶区间内收缩困难是产生热裂纹的主要原因。合金在给定条件下，凡是能缩小脆性区温度范围、减少脆性区内收缩困难的因素都可以减小热裂纹敏感性。
　　合金热裂纹敏感性高低可根据其脆性区内塑性A和线收缩ε的大小判断，即根据温度-塑性图可判断合金敏感性。还A大于0.5%的几乎不产生热裂纹。而当A=0时则称之为脆性区，这时产生热裂纹的几率可以说是了。合金脆性的上限≤固液区的上限，而其下限则≤固液区的下限。
　　对镁合金热裂纹敏感性有影响的主要因素：合金成分与工艺因素。
　　化学成分
　　实验证明，凡是能细化晶粒的因素都能降低合金脆性区的上限，也就是可以缩小脆性的温度范围。因为晶粒越细，则越有利于晶间变形，减少结晶时的收缩阻力，裂纹就不会产生了。例如向Mg+4.5%Zn合金添加0.8%Zr，其固相线由344℃提高到550℃，脆性区缩小了206℃，同时还降低了固液区内的线收缩和提高了固液区的塑性，这三者都有利于消除热裂纹。
　　另外，凡是增大共晶量的组元，都会提高合金的固液区内的塑性。因为增大共晶量，可增大晶界液膜厚度，从而有利于晶界变形，将大大改善补缩条件和裂纹“修复”条件，不但热裂数量减少，而且程度也显著减轻。
　　共晶量和裂纹敏感性并不是呈线性关系，当共晶量小于其一极限值时，裂纹倾向性小，当增加到某一值后，敏感性骤升，再继续加大共晶量，则敏感性又下降，一直到零。

变形镁合金锭的基本铸造工艺参数是速度、温度、冷却水压和结晶器高度，个的可调可控力度大，结晶器一旦制造完毕，它的高度就定下来了。此外，还有一些未纳入制度的相对不太重要的参数，它们也对铸锭组织、裂纹敏感性、致密度、表面品质有一定的影响，例如结晶器锥度、内表面粗糙度、水孔大小、水的喷射角度，铸造漏斗直径、孔径、孔数、沉入熔体深度，等等。
　　在不同的铸造速度时，铸造速度越大，冷却强度也大，液穴深度随着变小。结晶器高度变小时，强却强度也随着变弱。
　　在铸造镁合金圆锭时，在一般情况下，采用高一些结晶器，可以避免通心裂纹。加高结晶器高度，如果调低铸造速度，则表面会产状淬火裂纹。对于热脆性较敏感的合金，若采用低结晶器，相应降低铸造速度，但此时锭表面的冷隔成层缺陷却会增多，同时还可能产生横向裂纹。因此，应合理确定结晶器高度与铸造速度，一旦结晶器高度确定了，也就可以选定铸造速度，铸得既无裂纹，表面品质又好的锭坯。
　　铸造速度一定时，结晶器越高液穴也越深，但当结晶器高度大于200mm后，提高结晶器高度，液穴的变化也不十分明显。
　　提高结晶器高度，也即相对降低了凝固速度，可延长金属中间化合物的生长时间。结晶器越高，对镁合金金属中间化合物尺寸的增大和数量的增多影响也越明显。在铸造200mm×800mm扁锭时，中间金属化合物的偏析与结晶器高度的关系见表1。
　　综合各方面的因素，当铸造直径350mm~690mm锭时，结晶器高度以145mm~250mm为佳；铸造200mm×800mm扁锭的适宜结晶器高度为250mm；铸造260mm×960mm的结晶器高度为300mm。
　　MB15合金的热裂纹敏感性较大，对水冷强度非常敏感，可采取推迟二次水冷方法，不但不会产生热裂纹，而且铸锭表面品质也有所提高。

面聊了铸造镁合金的熔炼，现在来谈谈变形镁合金的熔炼。熔炼变形镁合金多用反射炉，其炉型与铝合金熔炼的相当。镁合金的熔炼过程为：烘炉、洗炉、配料、装炉、熔化、扒渣、加合金元素、转炉、精炼、静置。
　　烘炉
　　新筑砌炉和中修反射炉在熔炼前烘炉。严格按烘炉曲线进行烘炉，时间不短于264h：由室温缓慢地在109h内升至300℃，在300℃保温24h，然后均匀地在25h内升至400℃，保温48h，再在58h内升至900℃完成烘炉。超过240h的停炉后也务必烘炉，时间不短于72h。烘炉很重要，对炉的寿命有重要影响。
　　洗炉
　　新炉与中修后的反射炉在使用前都要进行一次洗炉，以防合金杂质含量升高与去除砖缝中的一部分非金属夹杂及气态夹杂物，在所熔炼合金转组时也应洗一次炉，例如由熔炼Mg-Al-Zn-Mn系合金转熔Mg-Mn系或Mg-Zr系合金，由Mg-Mn系合金转熔Mg-Zr系合金都要洗炉。洗炉用重熔用镁锭或熔剂，装炉量达炉容积的1/2处，升温至760℃~800℃，充分搅拌两次，静置几分后放尽。
　　配料
　　按车间配料标准配料，所有原辅材料务必清洁干燥，无混料，复化料一般不大于40%，所用的镁锭、铝锭、锌锭、混合铈稀土、锆氟酸钾、氯化锰等的品质与化学成分都应符合有关标准。
　　装炉、熔化及扒渣
　　装炉前与炉底均匀地铺一层粉状二号熔剂（质量%：38~46Mgcl2、32~40KCl、5~8BaCl2、3~5CaF2），然后装料，先装碎的，后装镁锭，后装大块废料，装得尽可能密实平整，装完后撒一层薄的二号熔剂，升温熔化，炉内气氛应呈微还原性。
　　在熔炼过程中应严防镁的燃烧，一旦燃烧，立即用二号熔剂熄灭。炉料化平后，扒次渣，扒渣宜平稳，熔体温度升到750℃~770℃时扒第二次渣，渣要把扒尽，但又尽可能地不带出或少带出溶融镁。扒完渣后搅拌一次，静置几分钟后取样分析，取样温度（℃）：MB1、MB8合金的780~800，MB2、MB3、MB5、MB7合金的720~740，MB15合金的780~800。在熔炼过程中按有关规程加入合金化元素，但铝锭、锌锭可随同炉料一起装料，生产MB15合金时，可用纯锆盐，也可用混合锆盐（K2ZrF6+CaF6+LiCl）或Mg-Zr中间合金加锆，加纯锆盐（K2ZrF6、K2ZrCl6、ZrCl4）时熔体温度900℃~920℃，以后两种方式加锆的温度800℃~920℃。
　　转炉
　　经炉前化学分析熔体成分合格温度为750℃~780℃时即可进行转炉，装熔体转入静置炉进行精炼。转炉方法有：静压差法，适于两个炉膛不位于同一水平上，打开流口，熔体便可自动流出；虹吸法；离心泵法；电磁泵法。中国当前多用种方法。
　　精炼
　　镁合金熔体总或多或少地含有一些非金属夹杂物和气体（主要是氢），因此进行精炼，以去除这些异物，提高合金的各项性能。精炼温度730℃~760℃，精炼熔剂用量为约10kg每吨镁合金熔体，精炼时间约10min。
　　除Mg-Li合金外，其他合金均可以用五号熔剂（质量%）精炼：20~35MgCl2、16~29KCl、8~12BaCl2、14~23MgF2、0.5~8.0BaO3。精炼后向熔体表面撒一层精炼剂，静置60min后铸造。
　　含锆的镁合金不用含Al和Mn的氟化物的熔剂精炼，可用四号熔剂；不采用二号熔剂精炼Mg-Mn系和Mg-RE系合金，因为会有熔剂夹杂存在。应尽量缩短含锂和稀土合金的熔炼与精炼时间，以减少烧损，必要时还要补料。对熔炼炉与静置炉应及时清炉，熔炼炉转炉完了和静置炉铸造终了都要清炉。用五号熔剂的精炼时间不短于60min，它可用于精炼所有的变形镁合金。

压铸镁合金时采用熔剂熔炼会带来操作上的诸多困难，特别是热室压铸尤为不便，同时熔剂夹杂更加，上世纪70年代开发的无熔剂熔炼工艺在镁合金熔炼发展史上有着里程碑意义。大量研究表明，CO2、SO2、SF6等气体对镁及镁合金熔体有良好的保护作用，特别是SF6的效果尤为。

镁合金的是一类前景广宽的功能材料，典型的功能材料为：镁储氢材料、医用镁材、阻尼镁材、镁电池材料、镁阳极材料等。功能镁合金是一类新型的高技术材料，是镁产业的一个新领域，是世界材料工作者关注的重要焦点之一。镁合金是一类可降解新型医用材料，具有的优势和潜力。
　　在常压与约250℃时镁与H2可形成MgH2，而在低压与重高温度下又能释放氢，因而是一类有效的储氢材料，纯镁的储氢率高达7.6%，即10kg镁中可以储存0.76kg氢，把氢储存在合金中，可以控制释放速度，使用安全性。
　　镁的电极电位低，具有非常的电化学性能，可以作为一次电池与二次电池的电极，可用于制造各种高容量电池，镁与锂的物理化学性能相似，但镁电池，对环境友好，安全性高、易操作，资源丰富，价格合理，作为电池材料具有的优势。目前商用镍氢电池的储氢材料为LaNi5，储氢量仅约1.4%，比容量约330mAh/g，限制了镍氢电池的应用的推广。上海交通大学通过向LaNi5添加少量Mg，大大提高了其电化学容量，其比容量达到400mAh/g，并有良好的循环稳定性。

用仪表板横梁通常采用钢管和钢板冲压件组合焊接制造，此类钢制仪表板横梁总成的组成零件数量多，需要焊接组装，不利于尺寸控制，且整体重量大，不符合轻量化理念。而根据文献报道，采用镁合金压铸的仪表板横梁可减重50%以上，轻量化效果非常明显。主要是因为镁合金是目前应用的金属结构材料中轻的，具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼性、切削加工性和铸造性能好等优点，因此镁合金仪表板横梁在国外汽车产品中得到广泛的应用。
　　本文主要从设计选材、结构优化和性能验证等方面，简要介绍AM60B镁合金在奇瑞某车型的仪表板横梁上的应用情况。
　　镁合金仪表板横梁的特点
　　镁合金仪表板横梁与钢制仪表板横梁相比具有以下特点：
　　（1）轻量化 镁合金的密度为1.78g/cm3，仅为钢密度的1/4，减重在50%以上。
　　（2）零件集成化程度高，尺寸稳定 与钢制件相比，镁合金仪表板横梁采用整体压铸的生产工艺，可以把传统钢质CCB的20多个零件集成为一个件。
　　（3）安装尺寸精度高 由于采用整体压铸，尺寸精度很高，所有的尺寸公差都可以控制在0.5mm以内，解决目前钢骨架安装过程中的干涉和异响等问题。
　　（4）设计灵活 由于采用压铸工艺，产品工艺性好，零件形状的设计自由度大。
　　（5）绿色环保 镁合金材料可以回收利用。
　　镁合金的选择
　　目前镁合金的种类有很多，汽车工业采用较多的是AM系和AZ系合金，常用镁合号主要有AM60B和AZ91D。其中AM60B的铝含量较低，由于随着铝含量的降低，材料的韧性逐渐增高，故与AZ91D相比，AM60B的韧性和塑性较好。AM60B是高纯牌号，因此具有和AZ91D一样优良的耐蚀性能，且与A380铝合金相比，耐蚀性更加。
　　本文所介绍的仪表板横梁形状复杂、体积庞大而且壁厚不均，要求承载各种仪表仪器，因此需具有较高的韧性和强度。通过综合考虑AM60B和AZ91D的性能以及参考有关文献资料，终决定选用AM60B（性能见表1）作为制造仪表板横梁的材料。
　　表1 AM60B镁合金的化学成分和物理性能