镁合金及其加工材生产技术可行性研究报告 103页

'镁合金及其加工材生产技术第一部分镁的资源分布及市场镁的资源分布镁为地壳中第六个分布广的元素，约占地壳重量的2.35%。已知含镁矿物有60余种，其中有工业价值的为菱镁矿（MgCO3），含镁28.8%；白云石（MgCO3·CaCO3），含镁13.2%；光卤石（KCl·MgCl2·6H2O），含镁8.8%等，其中以白云石分布最广。另外，世界各地还有很多含镁的盐湖、地下卤水和盐矿床。海水是取之不尽的镁资源，据估算，1km3海水中含有130万吨的镁。我国的镁资源居世界首位，其中辽宁、山东产菱镁矿，各省都有白云石矿，青海有盐湖卤水和光卤石，沿海盐场的副产品卤水，均可作为炼镁的原料。原镁生产能力从1986~1990年间,由于一些新建镁厂的投产，国外镁产量一直在增加，1990年西方镁产量为26.08万吨，但从1990年以后，为经济利益，西方国家用减产来提高镁价，因此，从1990年~1994年，镁产量持续下降，1994年，西方国家实际镁产量只有22.41万吨。1994年以来，以美国为首的西方国家经济复苏，小汽车产量增加11.1%，因而需要大量的镁。在西方的镁产量还没有提上来时，中国的镁填补了这个空白。1994年我国出口镁1.5万吨，1995年1~11月份出口量已达3.5万吨，保证了世界镁市场的需求。在1997年发运的33.37万吨原镁中，巴西、加拿大、法国、挪威和美国产的为24.42万吨，独联体和中国大陆出口的估计为8.03万吨,动用库存0.92万吨。在1998年，全球镁的生产能力为54.6万吨，实际产量为43.81万吨。其中包括了美国得克萨斯州Dow公司Freeport镁厂大约4.5万吨的产量（该厂已于1998年12月底关闭）。目前世界上有12个国家在生产镁，总生产能力为53.6万吨，1999年全球镁的生产量实际达到45.82万吨。美国的Dow化学公司在Freeport的镁厂生产能力为6.5万吨/年，1998年9月遭飓风袭击造成严重破坏，经努力难以再恢复生产，不得不于当年年底关闭。Dow公司是世界上最老的镁生产厂家，它从1916年开始生产镁，一直到1998年12月，先是在密执安州用卤水，后在得克萨斯州用海水生产镁金属。现在Dow公司卖掉了耐用消费品的生产，关闭了原镁生产，完全退出了镁行业。表11998-1999年世界原镁产量分布（吨）地区年代中国美国及加拿大其它西方国家独联体合计19981200001832008890046000438100199916000015110010110046000*458200*估计数表21998年全球原镁生产能力及产量（吨）公司所在国98年生产能力98年产量NorskHydro挪威及加拿大9000085000103 Timminco加拿大70007000Magcorp美国4100083000Northwest美国38000Dow美国65000Pechiney法国1800018000Deadsea以色列2750025000Brasmag巴西120009000Solikamsk俄罗斯2000046000Avisma俄罗斯35000Kalash乌克兰5000UstKamencgoisk哈萨克斯坦4500BelaStena塞尔维亚50003000印度20001500中国160000120000合计546000438100注：由于美国的Dow化学公司在Freeport的镁厂98年遭飓风袭击，所以产量下降。1.在建与拟建的镁工程目前，全世界有20多个大的镁工程在议论着建设与扩建，或在做立项前的准备工作，或在做可行性研究。如果这些工程都能预期完成，那么2001年全球原镁的生产能力可达76.65万吨，几乎相当于目前生产能力的2.5倍；2002年的生产能力可达93.1万吨；2005年的生产能力可高达143.2万吨，为目前生产能力的3.7倍。须指出的是，在这些产能中还不全包括中国的成百个小镁厂的生产能力。全球拟建、在建的与估测生产能力或产量见表3。表3目前及未来的产量(万吨)地区或国家1998年产量未来的估测产量刚果（布拉柴维尔）02002年：5.8加拿大5.52001年：13.8美国8.32002年：9.0巴西0.92001年：1.8以色列2.52005年：3.5约旦02005年：2.5阿拉伯联合酋长国02005年：2.0中国102002年：20印度0.152002年：0.3澳大利亚02001年：26.62005年：53.4法国1.82002年：2.2挪威5.22002年：6.0荷兰02005年：4.0前苏联（FSU）4.62001年：8.5冰岛02005年：4.5阿尔巴尼亚02005年：2.5塞尔维亚(Serbia)0.32002年：0.6总计38.25103 1.1刚果共和国（布拉柴维尔）刚果目前的原镁产量为0，2002年估计可产5.8万吨。刚果的镁合金公司（MAC-MagnesiumAlloyCorporation）与加拿大蒙特利尔(Montreal)的SNClavailn公司签署了一项在库尹路(Kouilou)地区建设一座水电站的意向书(LOI)，现正在作可行性研究。一旦通过可行性报告，SNClavailn公司将帮助水电站建设融资和建设，并利用水电站的廉价电力建一个镁厂。可行性研究分两部进行，第一步工作已于1999年3月完成。参与镁厂建设的有德国的SAB公司（SalzgitterAnlagenbauGmbH）与KBB公司(KavernenBau-undBetriebs)、俄罗斯的航空材料研究院（VAMI）、乌克兰的钛研究所（UkrainianStateTitaniumInstitute）。后两个研究院所负责炼镁工艺的设计与提供部分装备，以及全部技术工作。它们曾参与：以色列死海镁厂、苏联的贝莱兹尼基镁厂、索利卡姆斯克镁、卡芦什镁厂等的设计与建设。可行性研究报告称，镁合金公司原镁的生产成本相当低，产品具有强的国际市场竟争力。工厂分两期建成，一期的生产能力为5.8万吨，二期的生产能力为1.6万吨，计划于1999年试生产，2001年可正式投产。1.2加拿大1998年加拿大生产了5.5万吨镁，2001年估计产量可达13.8万吨。目前，正在建设的主要镁工程是诺兰达镁业公司（NorandaMagnesium）的马格诺那冶金（MagnolaMetallurgy）厂，位于魁北克省的阿斯贝斯拖斯镇（Asbestos）,总投资7.33亿加元。该厂建设前作了10余年的工艺研究，一个生产能力为250吨的中试厂于1986年投产。该厂采用石棉尾矿以专利技术生产无水氯化镁，然后通过电解工艺获得镁，即采用加拿大铝业公司开发的电解工艺，生产能力为6.3万吨。积存的尾矿可生产250兆吨以上的炼镁原料。这是目前全世界正在建设的镁工程，并计划在今后适当时候进行扩建，使生产能力翻一番。截止1999年第一季度，设计与工程工作已完成约75%，建设工作已完成30%左右。该厂建设工作在按计划进行，2000年中期进行试生产，正式投产定于2001年3月。诺斯克.海德鲁（加拿大）公司（NorskHydroCanadaInc.）是全世界最大的原镁生产者，所属的魁北克省贝坎科（Becancour）镁厂的生产能力为4.3万吨。目前正在扩建，产能将扩大到8.6万吨。分两期进行，第一期工作已开始，可于2001年投产。该厂进口菱镁矿，采用专利技术生产无水氯化镁，并用取得专利的电流强度大于400KA的电解槽电解（根据法拉第定律，电解槽的电流越大，生产的镁就越多）。工厂在扩建的同时，还要对现有的某些生产线进行现代化技术改造，以适应扩建的需要。例如脱水装置与建新的电力设施，以扩大电力容量与降低能耗。海德鲁公司在加拿大还有一个生产能力为1万吨的重熔镁厂。1.3美国美国目前的镁产量为8.3万吨，2001年的产量估计可达9万吨。美国犹他州罗利市（Rowley）美国镁业公司(MagnesiumCorporationofAmerica—Magcorp)正在进行一项强有力的成本管理计划，拟制定与投资4.6千万美元，对新的镁电解工艺进行中间试验，并建设一条新的半连续铸造生产线，以降低成本，提高产量。这一新项目建成后，镁的产量可提高到4.1万吨，可用低的成本铸造各种尺寸、不同形状与重量的镁锭。美国铝业公司（Alcoa）西北合金公司(NorthwestAlloys)对华盛顿州爱迪市（Addy103 ）的爱迪镁厂的热法炼镁工艺在不断地改进与完善，该厂高纯镁的生产能力为4.1万吨，所产镁锭供美国铝业公司配制铝合金。最近，对该厂进行了投资，增建了一条压铸合金生产线。爱迪镁厂于70年代初投产，但冶炼工艺有了很大改进。原有9台炼镁炉，每炉的生产能力为0.4万吨。近年来，工厂的产量提高了，但炉子的数目却减少了。1.4巴西1998年巴西产镁0.9万吨，估计2002年的产量可达1.8万吨。巴西在米拉斯.格维斯市（MinasGervais）有一个炼镁厂，采用改进的拉维里（Ravelli）硅热法生产镁。该厂拟投资扩大镁产量，但未公布工程进度日期。另外，巴西铝工业及汽车工业对镁的需求在不断上升。1.5以色列以色列1998年的镁产量为2.5万吨，2001年的产量估计可达3.5万吨，死海镁厂(DeadSeaMagnesium)于1998年达产。死海镁厂（DSM）由以色列化学工业公司（IsraeliChemicalLimited）控股，将投资5千万美元，以解决生产的“瓶颈”问题。据称，现有的辅助设施仅满足2.7万吨的产能要求。该厂希望再扩建3.5万吨的生产能力。有报告称，总部设在萨斯克特契旺（Saskatchewan）的钾碱公司（PotashCorporation）正在谈判收购镁厂大部分股权事宜，该公司控制以色列化学工业公司52%的股权，总金额达3.5亿美元。另外，德国大众汽车公司在死海镁厂有投资。1.6约旦约旦1998年的镁产量为零，2005年的产量可达到2.5万吨。约旦氧化镁公司（JordanMagnesiaCornpany）投资7千万美元于1998年末建成了一个氧化镁厂，其高纯氧化镁的生产能力为5万吨，其它产品的生产能力为1万吨，所用原料为死海海水。近东集团公司（NearEastGroup）正在与阿拉伯钾碱公司（ArabPotashCompany）讨论建一个利用死海海水生产镁的工程的有关事宜，工厂生产能力为2.5万吨。阿拉伯钾碱公司已与俄罗斯、乌克兰签署协议，采用他们开发的工艺生产镁。阿拉伯钾碱公司将是镁厂的主要投资者。1.7阿拉伯联合酋长国1998年阿拉伯联合酋长国不生产镁，估计2005年的产量可达2.5万吨。据称，将投资2亿美元在山贾斯.黑姆利亚自由区（Sharjah’sHmriyahFreeZone）建一个镁冶炼厂。该厂由阿部.大比的萨哈利集团（SahariGroupofAbuDhabi）与阿尔巴尼亚的诺马斯公司（NormansofAlbania）投资兴建，各占50%股份，现正招引欧洲与海湾地区的投资者。这个镁厂初期的生产能力为2万吨，投产24个月后将再建4万吨的生产能力。炼镁所需的原料由阿尔巴尼亚提供，估计其储量超过400兆吨，其产品销往日本、美国与欧洲。1.8印度目前的产量为0.15万吨，2002年的产量估计为0.3万吨。印度在运转的镁厂有两个，均为小厂，采用硅热法生产镁。南方镁业公司（SouthernMagnesium）计划扩大生产能力，即由目前的0.1万吨扩大到0.2万吨。印度曾拟建一个从海水提取镁的生产能力为0.8万吨的小厂，由于镁价不振，暂停建设。如果价格合理，这样的小镁厂会很快建起来。建设小镁厂镁价应达到2150美元/吨才有利可图。103 1.9澳大利亚1998年澳大利亚的镁产量为零，2001年的产量估计可达26.6万吨，2005年的产量可能达到53.4万吨。目前，澳大利亚有一批在建与拟建的镁工程，在全部6个州中都有镁项目，而塔斯玛尼亚州（Tasmania）就有两个大项目。首个大工程为昆士兰金属公司（QueenslandMetals)的昆士兰镁厂，利用洛克哈姆普顿(Rockhampton)以北的库瓦拉拉(Kumwararn)的高纯菱镁矿，储量巨大。为生产此地的镁组建了澳大利亚镁业公司(AMC-AusralianMagnesiumCorporation)。昆士兰金属公司与诺马迪矿业公司（NormandyMining）各持50%的股份。美国福特汽车公司曾资助澳大利亚镁业公司4千万美元进行中间试验，该公司的设计生产能力为9万吨，总投资7.8亿澳元。中试厂的能力为0.15万吨，试验工作于1999年底结束，建厂工作于2002年中期完成，2002年底投入商业运行，采用加拿大铝业公司的电解槽电解无水氯化镁。伏特汽车公司已与澳大利亚镁业公司签定协议，将购买后者所产镁的一半。有报告称，中试时的煅烧工序还要作一些改进，但除水与电解工序完全正常。试验时采用全尺寸的加拿大铝业公司的电解槽。该公司生产的镁的直接生产成本约为143澳元/公斤。克莱斯特镁业公司（CrestMagnesium）是塔斯玛尼亚州发展与建设进程最快的工程项目，以争取尽快将镁投放市场。该公司已与澳大利亚一家大的工程建设公司—默尔迪普莱克斯公司（Multiplex）签定协议，组建一个建设镁厂的公司，建设资金全部由默尔迪普莱克斯公司筹措，其中60%作为投资，2000年开始建设，2002年9月开始生产，生产能力为8万吨，总投资10亿澳元。工程的建设与经营管理全部由默尔迪普莱克斯公司负责，以确保工程进度与质量。1.10法国1998年法国的镁产量为1.8万吨，2002年的估计产量为2.2万吨。法国是世界上生产镁的最早国家之一，普基公司早在60年代就在马基纳克（Marginac）建了一个采用镁热法生产镁的工厂，其生产能力为1.8万吨。由于电价较高，普基公司在很长时间内都无意扩大镁生产。近来，由于引进美国西北合金公司的新技术，能源效率有所提高，拟将生产能力略扩大一些，使其达到2.2万吨。1.11挪威挪威1998年产镁5.2万吨，估计2002年的产量可达6万吨。诺斯克.海德鲁公司（NorskHydro）经营着挪威唯一的皮尔格鲁（Porsgrunn）镁厂。据称，在加拿大建设诺斯克.海德鲁镁厂的同时，将扩大皮尔格鲁镁厂的生产能力，使其达到6万吨。1.12荷兰目前，荷兰没有镁厂，估计2005年的产量可达4万吨。为了发展镁生产，荷兰拟在其北部建一个镁厂，筹建工作由荷兰德尔夫兹吉尔镁发展项目中心负责，其负责人为雷德.莱特马（ReinderRentema）。工厂的生产能力为4~6万吨/年，概算总投资4亿美元。由加拿大魁北克的哈奇联合会所提出的可行性研究报告指出，由于作为炼镁原料的卤水纯度很高，因此，镁的生产成本比世界上其它地方的都低一些，故产品有相当强的市场竞争力。1.13前苏联103 1998年的镁产量为4.6万吨，2001年的估计产量为8.5万吨。俄罗斯的索利卡姆斯克镁厂（Solikamskfacility）是全球最古老的镁生产者，于1934年投产。该厂有一个镁粉分厂，并与美国通用汽车公司（GM）签定了供应镁的长期合同。索利卡姆斯克镁厂生产约1万吨原镁、1万吨镁合金，还生产再生镁。新建的镁粉生产线的产量为0.2万吨/年，但有扩大到0.8万吨/年产量的潜力。该厂制订了扩大产能的计划，从石棉尾矿提取镁，将原镁与镁合金的生产能力扩大一倍，估计投资3.0~5.0亿美元。德国戴姆勒.克莱斯勒（Dammler-Chrysler）汽车公司对投资该厂有兴趣。贝莱兹尼基(Berezniki)的阿维斯玛(Avisma)镁厂的生产能力为1.5万吨/年，目前无扩建计划。哈萨克斯坦在乌斯特.卡梅诺哥尔斯克（Ust-Kmenogorsk）有一个1998年产量估计为1万吨的镁厂，也没有扩大生产能力的计划。乌克兰有两个镁厂：扎波罗什镁厂，1998年停产；卡芦什镁厂，1998年原镁产量估计为1万吨。它们都不会扩大生产。1.14冰岛冰岛目前不产镁，2005年的产量估计为4.5万吨。自1971年起，冰岛镁工程（IMC-IcelandMagnesiumProject）就以种种形式活动过。由于苏杜尼斯热能公司（SudurnesHeatingCorporation）的倡导，使镁工程又有了新的活力，该公司是一个利用地热发电的公司。俄罗斯航空材料研究院（VAMI）、乌克兰钛研究所（UTI）与阿马尔格梅特(Amalgamet)所作的可行性研究报告指出：工厂的设计生产能力为5万吨/年，采用VAMI开发的生产工艺，以海水或菱镁矿作原料，由于电价低，生产成本低，生产的镁是有市场竞争力的。1998年，澳大利亚镁投资公司（AustralianMagnesiumInvestments-AMI）收购了冰岛镁工程40%的股份，AMC代公司也于1998年4月加入冰岛镁工程。不过，尚未作出开始设计与开发建设的日期。澳大利亚镁投资公司是澳大利亚镁业公司的一部分。1.15阿尔巴尼亚1998年阿尔巴尼亚不产镁，2005年的产量可达2.5万吨。阿尔巴尼亚有着丰富的镁矿藏，其储量超过400兆吨，引起了投资者在矿山附近建设镁厂的浓厚兴趣。1.16中国1999年中国的镁产量为15万吨，2000年我国的产镁量超过19万吨多，预计到2002年，中国镁的原产量可达到20万吨。目前中国是世界上镁生产能力最大的国家。一.镁合金的性能及其主要应用领域1.性能镁为元素周期表中第Ⅱ族化学元素，原子序数12，原子量24.305，银白色，密集六方晶格，无同素异构转变。镁的化学性质活泼，固态镁在潮湿空气中很容易被氧化，熔融镁会在空气中强烈地燃烧。300℃时，镁开始与氮反应，生成氮化镁（Mg3N2）。镁不溶于碱性溶液，但能溶解在各种有机酸和无机酸（氟氢酸和铬酸除外）中。镁具有比重小、质轻等优点，在现有的工程用金属中，镁合金密度最小，通常为1.75~1.85g/cm3,103 约为铝的64%，钢的23%。镁合金的强度虽然接近铝合金，但因为其密度小，所以比强度明显高于铝合金和钢，比刚度则接近铝合金。与工程塑料相比，虽然工程塑料尤其是纤维增强塑料的比强度最高，但其弹性模量很小，比刚度远小于镁合金，且工程塑料难以回收。镁合金的比弹性模量与高强度铝合金、合金钢大致相同。如果生产铸件的话，铸件的截面刚度会随其厚度的立方比而增加，所以当截面厚度增至2倍时，刚度将增大8倍。因此用镁合金制造刚性好的整体构件十分有利，它除了能减轻重量以外，还可以减少零件数目和大量的铆接、焊接和组合装配等工序。镁合金具有高的震动阻尼容量，即高的减震性。镁合金在受外力时容易产生大的变形。这一特性能使受力构件的应力分布更为均匀。在一定场合下，除有利于避免过高的应力集中外，在弹性范围内，当受冲击载荷时，所吸收的能量比铝大一半。镁合金的这个特性与其弹性模量较低有关，即弹性形变功与弹性模量成反比。因此，镁合金适宜于铸造受猛烈碰撞的零件如轮毂和传送带轮。镁合金具有优良的切削加工性能，其切削速度可大大高于其它金属。切削掉一定量金属所需的功率，如以镁合金为1，则铝合金为1.8，铸铁为3.5，低碳钢为6.3。镁合金的另一个突出的特点是不需要磨削和抛光、不使用切削液即可得到光洁的表面。此外，镁合金铸件在受冲击和摩擦时不会起火花。镁合金在铸造方面具有较大的适应性。除砂型铸造外，根据各类合金的特性和零件的要求，可以采用金属型铸造、压力铸造、壳型铸造、石膏型铸造、低压铸造以及冷凝树脂砂型铸造等几乎所有特种铸造工艺均可铸造。铸件中的细小油路管道，可以采用预先在铸型中放置特种玻璃管和金属丝编织套等，然后再从铸件中去除的方法而获得，也可以采用直接在铸件中埋设不锈钢管的方法获得。镁合金的电磁遮蔽性良好，所以适合于生产电子产品。另外，其回收性能极佳，符合当前的环保要求（如家电回收法）。2.主要应用领域镁的应用领域很广，镁可以作为合金化元素用于制造铝合金，从而提高铝合金的机械强度，改善机械加工性能以及耐碱抗腐蚀性能。由于镁基合金的结构件或压铸件的比强度大，所以在汽车、航空航天、电子、通讯、影视等领域广泛使用，以减轻其重量。镁和卤素的亲和力强，是用金属热还原法生产钛、锆、铪、铀、铍等的重要还原剂。镁可用于生产球墨铸铁使硫的含量下降到更低。在有机合成中，应用镁的格里纳德反应，可以合成多种复杂的有机化合物。镁还用作化工槽罐、地下管道及船体等阴极保护的阳极材料，用来制造干电池、镁-海水储备电池。镁由于燃烧热高，燃烧时发出耀眼的火焰，还用来制作照明弹、燃烧弹和焰火等。此外，镁还可以作为一种新的储能材料。其主要用途见表1。表1国际镁协统计的西方国家镁消费量及构成（万吨）19981999增长率铝合金15.4415.983.5%脱硫4.824.17-13.5%球墨铸铁1.130.89-21.2%金属还原0.490.24-51%电化学1.01.1212%化工0.680.52-23.5%压铸1113.3421.2%重力铸造0.260.2-23%压力加工0.450.41-8.8%其它0.750.68-9.3%合计36.0337.554.2%表2镁主要应用领域比例构成（%）铝合金压铸件脱硫电化学球墨铸铁其它1998年42.930.513.42.83.17.3103 1999年42.535.511.12.92.35.7由表2可见，镁的最大应用领域为铝材的合金化、镁压铸件和钢铁脱硫。表3给出了近几年镁在该三大应用领域的消费量。表3镁三大应用领域的消费量（万吨）部门1995年1996年1997年1998年1999年2000年铝的合金化15.713.8214.6115.415.9816.51钢脱硫3.63.94.84.824.175.16压铸6.257.239.5311.0113.3414.37由表3可见，在近五六年来，镁用于铝材的合金化方面基本变化不大，这说明，铝材的生产工业已进入成熟期，对镁的需求趋于平缓，当然在今后仍会随着全球铝合金消费的增加而平稳地上升。钢脱硫的用镁量在95~2000年期间稳步上升，只有1999年却有所下降。不过，据资料分析，随着钢材连铸轧项目的不断开发，用于钢脱硫的镁消耗量也会不断上升。据分析，北美州脱硫用镁量已进入平稳期，需求量为3.0~3.6万吨/年；西欧的用量在上升，可增至2.0~2.5万吨/年；日本的需求量可达1万吨/年；中国是一个潜在的巨大市场，钢脱硫的用镁量有可能超过北美州，而达到3万吨/年；中欧及东欧的消费量可达2万吨/年或更多些。由此可见，全世界钢脱硫的总用镁量可能达到11.6~13.3万吨/年之间。压铸工业已成为用镁量的第二大部门，并将随着汽车工业的发展而稳步上升。据资料报道，在2000年，仅汽车工业的用镁量估计就达到了10万吨。在美国，汽车工业界三大巨头正联手推进汽车上使用镁合金，其不仅仅局限在大型的仪表盘上，汽车壳体、托架、汽缸头盖、转向柱架、转向锁架、油盘、油泵、离合器、轮毂、前座椅架等方面也在积极开展使用镁合金。在德国，开始在汽车的内部构造上研制使用镁合金。为了保证镁的平稳供应，一些汽车制造公司已与镁冶炼企业签定了长期供应协议。例如，通用汽车公司（GM）已与挪威诺斯克.海德罗公司（NorskHydro）、俄罗斯的索利卡姆斯克（solikamsk）镁厂签定了长期供镁合同；福特（Ford）汽车公司已向澳大利亚一镁厂投资3千万美元，每年将购买该厂镁产量的一半，即4.5万吨；德国大众汽车公司（Volkswagen）拥有以色列死海镁厂一期工程（2.5万吨/年）的35%股份；通用汽车公司将在“甲壳虫”（Beetle）轿车制造中大量使用镁。大众汽车公司称，1997年他们计划每年使用0.9万吨镁，也就是说，每辆汽车的用镁量可达50公斤。另外，镁合金压铸件在其它方面的应用也在逐步增加。近年来，在日本，镁压铸件主要应用于摄影机、数码相机、笔记本电脑、随身CD、手提电话等轻薄短小型3C产品的外壳。例如，日本的松下、索尼、夏普等大公司的液晶数码相机都采用镁压铸件作为机子的壳体。韩国在影视器材上已开始使用镁合金压铸件，且市场潜力非常大。韩国的LG集团也在关注镁合金部件的开发，并且已经引进了热压机100台开始批量生产移动电话的部件。另外，台湾近3—4年来也开始使用镁合金压铸件生产笔记本电脑外壳、数码相机与手提电话等一些精密小型产品。一.国内外镁市的回顾及展望（一）国际镁市回顾1.1999年市场回顾在1999年，镁工业一直保持快速发展的势头，从生产能力上看，西方各大企业都在重新从长远利益上来审视市场，不失时机的扩大产能。一些新增产能及扩建、新建项目都在紧锣密鼓中进行；从消费方面看，尤其1999年56届世界镁年会以及欧洲“镁的汽车应用”103 会议的召开，极大的鼓励了镁生产者，使汽车工业用镁量大幅增长，带动了全球镁工业的发展；从供应来看，西方产量及发货量少有下降，对从中、俄的进口依赖性有所增强，但从整体上看货源仍很充足；在价格方面，1999年经历了先张后跌的环节。在1999年上半年，美国道屋公司的关闭对国际镁市所造成的影响开始表现出来，美国上半年的产量较1998年同期下降13%，出口量也明显下降。但由于西方生产者纷纷扩大产能，以弥补道屋公司关闭后形成的空缺，所以从1999年全年来看，西方生产者的产量仅仅比1998年减产了7.3%，达到25.22万吨。1999年全年中、俄两国向西方世界的发货量达到了创历史的12.49万吨，比1998年全年增长了109%，说明西方世界对中国、独联体的依赖性增强，下表1给出西方世界近几年来的供需情况。表1西方世界原镁供需平衡表（单位：万吨）1995年1996年1997年1998年1999年西方世界原镁产量24.224.2625.027.2125.22来自中俄的进口量6.77.217.75.9812.49库存量2.304.213.614.434.59消费量30.429.5433.332.2637.551999年全年镁的发货量与1998年相比出现大幅增长，增长率为4.22%，其中合金用镁、脱硫与压铸用镁占全部发货量的90%，这主要是中、俄两国的镁产品大量流入西方市场的缘故。脱硫用镁并不是象想象的那样发展良好，1999年的脱硫用镁的发货量较1998年不涨反跌了13.5%，在整个货运量中的比例也由1998年的13.38%下降到1999年的11.11%。1999年全年铝合金用镁发货量基本保持不变，但其占全部用镁量的比例已由1998年同期的42.85%下降到1999年的42.56%。压铸合金用镁量变化最大，其占全部用镁量的比例已由1998年的30.56%增加到1999年的35.53%，1999年的发货量也比1998年增加了21.16%。这主要是西方汽车工业的快速发展，加上西方国家环境法的加强带动了镁在压铸行业中的使用，另一个原因即国际铝价上扬，铝镁比价基本接近在1.5~1.8之间直接刺激了镁的消费的结果。下面给出1998、1999年世界原生镁的发货量情况。表21998年全年的原生镁发货量(万吨)地区用途美国与加拿大拉丁美洲西欧非洲与中东亚太地区总计铝合金西方生产者独联体和中国合计6.731.388.110.140.130.272.860.933.790.10.160.261.191.823.01114.4215.44球墨铸铁西方生产者独联体和中国合计0.480.10.580.0400.040.190.170.3600000.150.150.710.421.13脱硫西方生产者独联体和中国合计1.331.913.240.0300.030.590.821.4100.010.0100.130.131.952.874.82金属还原西方生产者独联体和中国合计0.30.060.360000.10.030.130000000.40.090.49电化学西方生产者独联体和中国合计0.590.100.690.0300.030.030.10.1300.020.020.050.080.130.70.31.0103 化工西方生产者独联体和中国合计0.110.030.140000.190.060.250000.210.080.290.510.170.68压铸西方生产者独联体和中国合计6.260.837.090.3400.342.740.353.090.020.010.030.330.130.469.691.3211.01重力铸造西方生产者独联体和中国合计0.050.030.080000.150.030.180000000.20.060.26压力加工产品西方生产者独联体和中国合计0.310.030.340.0100.010.040.030.0700000.030.030.360.090.75其它西方生产者独联体和中国合计0.320.120.440.0700.070.090.060.150000.050.040.090.530.220.75总计西方生产者独联体和中国合计16.484.5921.070.660.130.796.982.589.560.120.200.321.832.464.2926.079.9636.03表31999年全年的原生镁发货量(万吨)地区用途美国与加拿大拉丁美洲西欧非洲与中东亚太地区总计铝合金西方生产者独联体和中国合计6.641.578.210.140.110.252.851.274.122.851.274.120.110.270.3810.395.5915.98球墨铸铁西方生产者独联体和中国合计0.390.090.480.0500.050.150.120.270000.090.090.590.30.89脱硫西方生产者独联体和中国合计0.151.92.050.0400.040.411.51.9100000.170.170.63.574.17金属还原西方生产者独联体和中国合计0.160.020.180000.0600.060000000.220.020.24电化学西方生产者独联体和中国合计0.760.080.840.0200.020.040.120.160000.050.050.100.870.251.12化工西方生产者独联体和中国0.050.03000.190.07000.140.040.380.14103 合计0.0800.2600.180.52压铸西方生产者独联体和中国合计7.811.068.870.3300.332.460.723.180.0500.050.550.360.9111.22.1413.34重力铸造西方生产者独联体和中国合计0.050.070.120000.070.010.080000000.120.080.20压力加工产品西方生产者独联体和中国合计0.310.080.390000000.0100.0100.010.010.320.090.41其它西方生产者独联体和中国合计0.160.140.30.0600.060.140.150.290000.010.020.030.370.310.68总计西方生产者独联体和中国合计16.485.0421.520.640.110.756.373.9610.330.170.270.441.43.114.5125.0612.4937.55注:以上数据为国际镁协提供,西方的生产者包括美国、加拿大、巴西、以色列、挪威、法国。1.2000年市场回顾及展望2000年对镁工业来讲是关键的一年。从2000年开始，新建、扩建项目的第一轮建设高潮已经开始，更多的最终用户开始从战略角度考虑镁的应用，市场处于强烈转型之中。具体看来，在消费方面，由于镁合金独特的优异性能使其成为电子、通讯、家用电器等产品小型化与汽车轻量化的优选材料，最终用户纷纷主动寻求与有发展前途、成本低廉的生产商签定长期供货合同。从供应方面来看，2000年西方的产量及发货量明显下跌，而从中国、俄罗斯进口镁产品数量大幅攀升，总体来看，货源仍很充足。库存量上由于西方的库存压力继续增大，仍旧保持在较高的水平。2000年国际市场上价格一路下滑，美洲市场价格仍有下跌空间，欧洲市场上有望出现探底反弹行情。下面给出2000年前9个月世界原生镁货运量。表42000年前9个月原生镁货运量（千吨）国家地区应用领域美国与加拿大拉丁美洲西欧非洲与中东大洋州总计铝合金西方生产者独联体/中国小计45.814.660.41.41.93.325.314.139.40.64.14.72.721.824.575.856.5132.3球墨铸铁西方生产者独联体/中国小计1.92.14.00.6--0.60.71.11.8--------0.60.63.23.87.0脱硫西方生产者独联体/中国小计0.619.720.30.3--0.33.812.916.7--------1.71.74.734.339.0金属还原西方生产者1.0--0.8----1.8103 独联体/中国小计0.21.2----0.51.3--------0.72.5电化学西方生产者独联体/中国小计1.90.42.30.3--0.30.31.41.7------0.41.01.42.92.85.7化学西方生产者独联体/中国小计1.00.21.2------1.21.12.3------1.00.11.13.21.44.6压铸西方生产者独联体/中国小计36.88.044.82.3--2.321.26.828.00.3--0.35.04.39.365.619.184.7重力铸造西方生产者独联体/中国小计0.40.40.8------0.30.50.8------------0.70.91.6加工材西方生产者独联体/中国小计0.71.92.6-----------------------0.71.92.6其它西方生产者独联体/中国小计0.51.92.40.21.11.30.91.12.0------0.20.70.91.84.86.6合计西方生产者独联体/中国小计90.649.4140.05.13.08.154.539.594.00.94.15.09.330.239.5160.4126.2286.6目前，国际市场上对镁的需求正旺，各种信息交流会与技术研讨会纷纷召开，以及更多的研究组织和压铸商、汽车商等参与到行业中来，这无疑加快了镁研究和镁应用的步伐。目前，世界各大汽车厂商纷纷推出自己为未来设计的经济环保性产品，他们大多在大型部件及关键部件上采用了镁合金。例如，日本五十菱公司开始大规模地生产镁合金座椅，本田公司则开始使用高温抗蠕变合金制作汽车油盘并因此获得国际镁协颁发的“2000年度世界镁铸件设计大奖”。在日本，若其汽车用镁量在未来3-5年内达到欧美目前的水平，则将会提供大约2万吨/年的市场空间；而在北美，目前每辆汽车的用镁量大约为2千克。而从近期北美汽车业界消息来看，出于提高汽车性能与环保的需要，北美汽车商将于2001年开始在其产品中增加镁合金零部件的应用，从而可使每辆汽车的用镁量达到3.5-4千克，这一部分需求量约为6-8万吨/年。而用镁量增长最快的市场在欧洲，其市场潜力较大。在北美市场上，价格近期将继续保持稳定，近期美国镁业公司对其电解槽的改造以及诺兰达公司的扩产计划是出于降低成本、增加竟争性的考虑，因此从长远来看，镁价在2500-2800美元/吨是很正常的。但美国镁业公司由于受到加拿大海德鲁公司与诺兰达Magnola镁厂进口镁的冲击，将推迟其扩大产能的计划。而诺兰达Magnola镁厂由于被美国贸易委员会裁定有关税补贴与反倾销的嫌疑，诺兰达降低成本提高竞争力的目标也将很难实现。而对俄罗斯反倾销的解禁将意味着俄罗斯镁业开始大举进入美洲市场，阿维斯玛（AVISMA）镁厂已开始试生产，索利卡姆斯克(SOLIKAMSK)103 镁厂也积极筹集资金进行扩产。而中国原生镁锭仍将受到美国反倾销制裁的影响，反倾销税高达108.23%，从而限制了中国镁锭的直接出口。而美国压铸件使用量迅速增加使得合金用镁量快速增长，这种势头将在今后几年中得到延续。另外，美国脱硫市场增长势头强劲，市场潜力巨大，是中国镁粉消费的主要市场，但价格不容乐观。在欧洲市场上，由于欧盟出台对中国纯镁锭的进口反倾销税，所以在2000年年底的前几个月之内，中国纯镁锭对欧盟出口量占整个国内出口量的比例明显下跌，一部分原因是由于贸易商仍对市场感到恐慌，担心欧盟会随时出台增加反倾销税的决定，而不敢贸然出口到欧洲市场。另外，《金属通报》对某些贸易商及中国国内厂商在报价方面的肆意片面报道，也在人们的心目中造成了市场镁价会很快继续下跌的阴影，进一步加剧了这种恐惧感。正是基于以上原因，使得中国产镁锭出口量较年初进一步减少，但与1999年同期相比仍有所增加。在亚洲，随着日本经济的复苏及其汽车制造商对镁合金研究的重视，使日本成为亚洲最大也是增长最快的消费市场。预计日本2000年财政年的镁消费量将比1999年增长10%，其中80%以上将由中国进口。从世界范围来看，小型轻便、节能环保型成品将成为市场主流，温室效应将成为一个紧迫棘手的问题。因而，在镁合金生产过程中，SF6的使用将成为众矢之的，为此，国际镁协发起一项关于SF6替代品（但不是SO2）研究的计划，号召世界范围内使用SF6气体作保护气的生产者参与进来，共同支持完成该计划。美国环保局也在2000年11月份召开了“SF6与环境-排放控制战略”会议。目前，对于SF6替代品的研究已有所成效，由加拿大HATCH公司开发、在Lunt制造公司进行工业测试的新型镁保护气系统已开发成功。总之，在世界范围内，已经形成了开发与利用镁的热潮，因而对镁的需求量也会逐年攀升。据日本镁协会的综合战略委员会委员小岛教授预测，2000年世界镁的需求为39万吨，2005年的需求是48.3万吨，2010年的需求为64万吨。其中汽车业对镁的需求2000年为9.8万吨，2005年为18.3万吨，2010年为29.7万吨，为2000年的3倍。（二）国内镁市回顾及展望1.1999年市场回顾1999年国内镁市逆国际市场而动，表现为两大特点：其产量比1998年同期有大幅增长，达到15.7万吨，而价格却连续下跌，已跌至13500-14000元，出口价格由年初的1950-2100美元跌到1625-1725美元。1.1产量与出口量先跌后帐由于受1998年欧盟反倾销的影响，1999年1、2月份出口量由1998年的1.32万吨锐减至1999年2、3月份的0.94、0.72万吨，3-6月份开始出现了小幅上扬，大约在1.03万吨左右。进入7月份，由于普基再度起诉中国纯镁的进口，国内企业意识到生产初级品的好景不长，纷纷扩大其出口，使的纯镁锭的出口月平均上涨了1千多吨，增长幅度最大的是镁粒的出口，由1998年年底的570吨升至1999年7月份的2413吨，之后也是一直维持在2500吨/月左右。1999年镁产品的总出口量达到13.7万吨，镁屑、镁粉和镁粒的出口量在2.4万吨左右，而镁粒生产厂家正在逐渐增多，总产能在5万吨以上，但镁粒1999年的出口单价却是一直下降，已经由1998年年底的2268美元/吨下降到1999年12月份的1619美元/吨。另外，加上国家不再允许上镁的冶炼项目，也使得镁粒这种初级的加工产品正成为中国厂家追求的新的品种。1.2国内价格低位徘徊1999年国内消费不是很乐观，自从进入1999年，价格一直处于跌势中，这主要是由于欧盟宣布对中国镁的反倾销造成的，具体走势见表5。与年初相比下降了将近18%，仍是处于国际镁市的最低价。1998年11月份至1999年11月份，是欧盟对我国镁（>103 97%的纯镁锭）实施反倾销制裁的时间段，欧盟对中国出口的纯镁征收31.7%的反倾销税后，国内一些进行初级产品生产的厂家由于资金不到位或者是生产的成本过高，不得不暂时关闭其生产线。一些大中型厂家开始改变自己的产品出口结构，增加合金镁与镁粉粒的出口，以求抵消由于反倾销给其带来的不利结果，出口价格从年初开始一降再降，以致进行纯镁生产已基本上无利可图。从1999年7月普基公司再次上诉之后，出口量开始大幅攀升，这主要是担心失去欧盟国家这个市场的结果。甚至8-10月份之间出现了定单过剩的局面。中国1999年全年的镁锭出口与1998年同期相比增加了24.38%，合金也增加了约52.93%，镁粉粒增加了117.8%，全部镁产品的出口与1998年同期相比增加了39.44%，另外，1999年国家调整出口退税的幅度较大，使得一些镁厂又恢复了自己的生产线，这都给扩大镁出口创造了条件，刺激了镁的出口。表5《MB》报欧洲鹿特丹仓库镁（含镁＞99.8%）价，美元/吨时间中国产俄罗斯产乌克兰产1月5-22日1950-21002300-24002225-23251月26日-4月14日1900-20002250-23502200-23004月16-26日1800-19002250-23502200-23005月4-7日1750-19002250-23502200-23005月11-21日1750-18502250-23502200-23005月25日-6月2日1750-18002400-25002350-24506月4-30日1650-17002350-24502325-24507月2-9日1650-17302350-24502325-24257月13日-8月31日1625-17002350-24502325-24259月3日-10月14日1575-16752325-24252300-240010月18日-12月5日1625-17252350-24252300-240012月7日-12月22日1625-17252350-24252350-245012月24日-1625-17252350-24252300-24001.3出口量上有大幅增长据海关统计，1999年全年，我国镁产品外贸出口总量为13.702万吨，比1998年全年的9.99万吨增加了37.16%，净出口量比去年同期增长57.42%。这种现象与1998年相类似，但1999年的主动权在欧盟国家一方。一旦对中国镁征收双倍甚至更高的税率，欧洲市场则会丧失大量廉价的中国镁，而欧洲只有普基一家镁厂，年产能不足2万吨，远远满足不了欧洲目前及将来汽车和钢铁行业的需求，因此加剧了欧洲镁消费者的恐慌，他们纷纷购进中国镁，从而导致了中国镁出口量上的激增。图2x6（2000年.1.p20.21）图3x51.4出口国家结构及对应的产品结构有较大的变化。表6中国镁出口国家统计（单位：万吨）国别1998年1999年欧盟2.34.27日本2.072.89美国1.622.22韩国0.370.70加拿大0.560.68台湾省0.270.49非洲0.080.25东盟0.0720.15103 1998年欧盟反倾销的结果之一是使中国厂商不得不拓宽出口渠道，其中以日、韩、台湾地区最为显著，产品以>97%的纯镁锭为主，1999年全年向这三个地区的出口量分别比1998年同期增长了21.95%、89.73%和82.69%。出口的另一个热点是向美国与欧盟的镁粉粒出口增长迅速，1999年全年向欧盟的镁粉出口量为6454吨，比1998年同期增加了773%，但价格战也在同时展开。向美国的镁粉出口量为1.54万吨，比1998年同期增加了68.59%。还有如东盟、非洲等国的出口也在量上有所突破。2.2000年市场回顾及展望2000年国内的发展极具戏剧性，一方面是有的企业积极扩建、开拓市场。另一方面却有些企业由于种种内外部的原因而倒闭；一方面是国际上的反倾销摩肩接踵而来的坏消息，而另一方面，在国内，由于镁行业开始受到政府、研究部门等的关注而得到支持。国内市场顺应国际市场而动，也相应掀起镁合金的研究、发展和应用热潮，政府把“镁合金的应用开发”列为“十五”重点攻关课题，五位院士联名上书要求重视镁工业。国家质量万里行也开始关注镁工业，对镁工业的可持续发展提出要求。青岛压铸会议的召开，促进了国内镁合金的应用开发。而国际上，先是欧盟的反吸收调查，整整持续了一年，使人心惶惶，一度压抑了国内出口的增长。在欧盟反倾销8月份结束以后，美国镁业公司又提出对中国进口镁粉、镁粒、镁屑的反倾销调查，全国镁协会同五矿化工进出口积极组织企业应诉，但效果并不是很理想。整体看来，市场的不利形势迫使企业改变经营思路，走向规模经营，并改变产品生产与出口结构，适应了市场，使出口再创历史新高。1.1产能进一步集中，产业机构趋于优化由于镁锭的出口受到欧盟反倾销调查的困扰而造成市场的不确定性，使得国内镁锭生产厂家基本均没有开足马力生产。而镁粉的新上项目却不断增多，在上半年，大多已停产的企业及经营镁锭生产的企业均开始考虑上马镁粉厂，现行镁粉产能估计有8万吨左右，且仍有增长的趋势。国内扩产的主要项目包括有：●银光镁业公司于2000年十月份投产了一条近7000千吨的镁锭生产线，从而使其总产能达到22000吨，继续保持国内镁业的龙头地位。●山西同翔镁业公司2000年6月扩大6000吨的产能，从而使其总产能达到17000吨。●挪威海德鲁公司在华独资新建一年产5000的镁合金厂，预计2001年初投产。●宁夏华源冶金实业公司所属鑫达镁厂10月下旬又投产了一产能3000吨/年的镁生产车间，使该厂镁锭产能总量达到9000吨。●山西通宝镁业公司2000年7-9月份进行了3600吨/年的扩建项目，9月份达到年产9600吨的能力。1.2顺应国际市场，国内需求稳定增长目前国内市场的需求仍主要集中在脱硫行业。国内基础建设所需的大量优质钢材将形成一个巨大的市场，国内钢铁企业也已瞄准了这个市场，其中利用钢铁脱硫将是生产优质钢的一个关键环节。几大钢铁企业包括鞍钢、宝钢、武钢与包钢等起了带头作用。随着镁粉脱硫技术的日益成熟，更多的国内钢铁厂商将考虑采用镁粉进行脱硫，估计2000年全年的消费量达到3500吨，整个市场的容量估计有15000吨左右，因此还有很大的增长潜力。镁合金压铸成为镁行业关注的焦点，先是中国工程院几位院士鉴于中国镁的生产、出口情况，呼吁科技部重视镁合金的应用，随后国家科技部高新技术发展及产业化司在青岛主持召开了“全国镁合金应用开发研讨会”，科技部表示，政府将创造条件加快镁合金材料的应用开发，加快产业化进程。科技部已结合西部开发，把镁资源综合利用和镁材料开发作为“十五”103 期间高新技术及产业化发展的重要领域。在镁原材料生产、汽车用镁合金、电子材料等方面将确定重点科技攻关课题，加快科研开发的进程。只有这样，才能拉动内需，刺激国内消费，解决现存的众多问题。随着中国市场日益对外开放，一些汽车生产商与电子产品生产商都在考虑所用元部件的本地化问题。例如，上海凯通汽车附件厂2000年生产规模达到3000吨，主要为汽车提供镁合金元部件。武汉东风汽车公司也开始研制汽车用镁合金。台湾与日本的笔记本电脑、通讯电子产品的厂商都透漏出在中国大陆利用廉价镁材料生产元部件的愿望，所以压铸行业将为国内镁的应用提供一个市场。2.3出口量迅速增长，出口结构有重大调整表72000年全年所有镁产品出口情况商品名称单位12月份本年度12月份止数量金额（美元）数量金额（美元）含镁量至少99.9%的未锻轧镁千克73952271019553594986308141121272其它未锻轧镁千克233316737897291886013434531097镁粉、粒、屑千克467965073040214277964067606536锻轧镁千克35106951974948509048616470镁制品千克43333380960781154废碎料千克49517457740037808925297700表82000年前9个月中国镁产品出口国别统计产品地区镁锭（吨）同比%镁合金（吨）同比%镁粉、粒、屑(吨）同比%欧盟18332-3.444364-12.23707647.71日本1713610.4640084.501689125.06美国1342-41.65381149.711810585.72韩国375210.46173-12.2692469.21加拿大603033.63160103021-93.52台湾327926.13175-76.8811116.74澳大利亚497182.7629-58.589.369650墨西哥180794.226050.00198-43.52委内瑞拉79745.99----700东盟138249.2621697.67----非洲193537.704033.380-100总计（包括所有出口国家与地区）7226111.57133393.312870676.03据海关统计数据显示，2000年中国镁产品出口保持了快速增长的势头，再次创下历史新高。其中，镁粉出口继去年大幅增长119%之后，2000年全年的镁粉出口再次出现75.3%的大幅攀升，显示出中国镁在该领域的竟争优势及强大的增长潜力。镁锭2000年全年的出口比1999年同比增长了7.9%，由于受到反倾销的影响致使出口增速变缓。2000年镁合金的出口整体增长8.6%。2000年全年所有镁产品出口达到16.6万吨，实现近21%的增幅。2000年出口的另一大特点是，出口的结构越来越趋于优化，与以往初级加工品占较大比重的情形相比，出现巨大改观，见下图。在所有出口产品中，镁锭的比重比1999年的66.7%下降了9.4%，但镁粉的出口比重比1999年的17.8上升了8.0%，而镁合金的比重比去年下降了1.3%。今年镁出口国别结构也出现了重大调整。从下面几个表中可以看出，在2000年全年镁产品的出口国家中，对日本镁锭出口总量达到23593吨，比1999年同期增长了4.9%；对欧盟镁锭出口达到了19103 546吨，同比下降了14.9%。还有，在2000年全年的镁锭出口国别中，对东盟国家、非洲与台湾的出口增长比较显著，分别同比增加35.5%，19.2%，14.1%。总的看来，日本市场的份额与欧盟市场已经基本相当，均占我国整体镁锭出口总量的25%左右。表92000年所有镁产品的出口国别统计国家与地区镁锭镁合金镁粉、粒、屑累计数量吨同比%累计数量吨同比%累计数量吨同比%日本235934.9564815.02374107.3韩国5202-19.12620.4137263.7中国台湾省456314.1237-71.311116.7美国1382-44.5583865.92775582.3加拿大719921.2174-0.07101-70.6欧盟23735-14.95646-18.5993450.7东盟188235.529498.791400非洲279519.280-10.80-100在我国的镁合金出口国别中，对欧盟的出口出现了明显下降，比1999年同比下降了98.5%，与1999年99%的同比增幅形成强烈对比，欧盟也因此丧失了中国镁合金最大输出地地位，而日本则取而代之，对日本镁合金出口继1999年出现40%的增幅后再次同比增长15.0%。对美国的合金出口2000年也出现了大幅增长，达到65.9%。镁粉、粒、屑的出口中，美国仍是最大的市场，消费了大约64.8%的镁粉。对日本、欧盟的出口出现了大幅增长，增幅分别达107.3%与50.7%。表102000年镁废料的出口国别统计国别累计数量，吨同比，%美国344.6-53.5欧盟3096.3319.12000年镁废料出口总体与1999年同比增长了131.4%，1999年的增幅也曾达到了163.5%，显示出该市场巨大的增长潜力。在2000年，国内产能进一步向山西、宁夏、河南及江苏生产镁合金的地区集中，企业间的联合经营很有必要，只有开发高附加值、有特色的产品才有出路可寻。（三）近年来镁市价格统计表9《MB》报道1998年欧洲鹿特丹仓库镁（＞99.8%）价，美元/吨月份价格月份价格1月平均2390.83-2590.837月平均2000-2244.442月平均2375.00-2575.008月平均2000-21503月平均2396.88-2596.989月平均1883.3-2113.34月平均2395.00-2582.5010月平均1977.78-2305.565月平均2377.78-2600.0011月平均1956.25-2250.006月平均2175.00-2487.0012月平均1937.50-2206.25表10《MB》报道1999年欧洲鹿特丹仓库镁（含镁＞99.8%）价，美元/吨月份价格月份价格1月平均1850-2287.507月平均2100.00-2375.00103 2月平均1828.75-2325.008月平均2471.429-2592.8573月平均1872.222-2444.4449月平均2422.222-2538.8894月平均2056.25-2662.510月平均2406.667-2500.0005月平均2175.00-2700.0011月平均2446.250-2506.2506月平均2155.556-2538.88912月平均2450.000-2550.000表11.《MB》报道2000年欧洲鹿特丹仓库价（含镁＞99.8%），美元/吨1月平均2400.000-2497.5002月平均2400.000-2480.0003月平均2302.000-2370.0004月平均2247.000-2314.0005月平均2105.556-2150.0006月平均2056.667-2110.0007月平均2035.000-2093.7508月平均2000.000-2050.0009月平均1972.222-2022.22210月平均1952.500-2043.75012月18日1900.000-2000.000《路透社》鹿特丹仓库报价（含镁>99.8%未付税），美元/吨2000年12月18日报价上一次（11月14日）中国产1450-15501450-1550俄罗斯产2200-23002200-2300乌克兰产2100-23002100-2300据《MB》报道：产品价格单位最后一次修改日期镁业公司纯镁99.8%180美分/磅02/24/99意大利纯镁99.9%5400-5850里拉/公斤10/22/99海德鲁纯镁99.8%2.33欧元/公斤04/18/00压铸合金2.79欧元/公斤01/06/99欧洲自由市场纯镁99.8%2270-2350美元/吨03/17/00英国自由市场纯镁99.8%1900英镑/吨01/06/00据《MW》报道：价格单位最后一次修改日期美国压铸合金/生产者165-170美分/磅11/16/95103 /贸易者150-154美分/磅03/23/00美国纯镁生产者180美分/磅01/16/97美国西方现货价138-144美分/磅03/23/00美国进口价120-125美分/磅03/23/00欧洲自由市场2200-2300美元/吨03/23/00一.中日台的镁工业现状（一）日本镁工业现状1.进出口分析表1为日本1997—1999年的镁合金出口统计，由表中可以看出，日本镁合金出口以未经塑性加工的镁（99.8%以上）以及镁（99.8%以下）两项产品为主。出口量1998年落差较大。表11997-1999年日本各种镁料出口统计单位：吨、百万日币产品品种199719981999重量金额重量金额重量金额未经塑性加工的镁（99.8%以上）70.328.410.76.912.211.0未经塑性加工的镁（99.8%以下）124.034.511.33.721.66.5镁废料及碎屑20.43.85.64.967.526.8镁锉片、车屑、镁粉及粒6.78.53.34.1396.4150.6其它镁制品13.236.811.823.757.742.3合计234.611242.743.3555.4237.2在出口国家方面，日本1999年出口到台湾的数量最高，达462吨，所占比例高达八成左右，而排名第二以后的国家最多只有50多吨，祥见表2。从表3的日本镁合金进口统计资料中可知，受日本国内3C产品使用旺盛的带动，近三年的镁进口量逐年高升，其中进口最多的为镁（未经塑性加工者），每年的进口量高达26000吨，约54亿日元。其次为镁锉片、车屑、镁粉及粒。而表4的进口国家统计显示出中国大陆是日本进口排名第一的国家，1999年进口超过28000吨。表21999年日本各种镁料前五大出口国家统计单位：吨、百万日币排名国别出口量比率（%）出口值比率（%）1台湾461.683.1169.371.42英国53.69.725.210.63中国大陆18.83.410.54.44马来西亚8.51.56.32.75新加坡5.41.02.51.1其它7.51.323.49.8103 总出口555.4100237.2100表31997-1999年日本各种镁料进口统计单位：吨、百万日币产品品种199719981999重量金额重量金额重量金额镁（99.8%以上），未经塑性加工者27221.38455.926445.38047.925952.45467.5镁（99.8%以下），未经塑性加工者3867.81779.05605.12509.58725.42976.4镁废料及碎屑5.41.440.66.3269.034.3镁锉片、车屑、镁粉及粒912.7464.31587.3710.82073.9678.0其它镁制品571.6455.4802.0580.8431.9585.4合计32578.81115634480.311855.337452.69741.6表41999年日本各种镁料前五大进口国家统计单位：千吨、十亿日币排名国别进口量比率（%）进口值比率（%）1中国大陆28.275.26.162.92挪威5.314.11.717.53加拿大1.74.50.66.24美国1.02.70.88.25俄罗斯0.61.60.22.1其它0.71.90.33.1合计37.51009.71002.应用市场日本虽然对轻薄短小元件极为关心，但在镁金属的使用上并不热衷。据日本镁协会统计，1998年日本仅耗用2.95万吨镁金属（66.8%用于铝合金，9.9%用于镁合金结构，用于钢铁熔炼仅占4.7%，其它用途共占18.6%），其中结构用途的镁合金仅2929吨，与欧美国家相比实属小量，其主要原因是日本汽车业者一向把汽车轻量化列为汽车整体设计上极重要的发展目标，对汽车轻量化不遗余力。长期下来，日本汽车轻量化成果卓著，现阶段并不特别需要镁合金来进行轻量化，所以用量一直不大。但镁合金在轻量化上确实优于其它材料，日本产业界仍相当重视镁合金在轻量化上的运用，故一直较为重视汽车以外的产品的应用开发，尤其自1990年以后，镁合金在3C产品方面的应用便逐步扩大。其中笔记本电脑采用镁合金较消费性电子产品要稍晚一些，最早为Toshiba(东芝)，但真正带动镁合金笔记本电脑机壳潮流的是Sony的Vaio505，其后日本各笔记本电脑厂商积极跟进，也陆续推出镁合金笔记本电脑机壳，到1998年中期以后，所有日本的笔记本电脑厂商都有了使用镁合金机壳的机型。在大兴镁合金机壳笔记本电脑的潮流中，大量定单蜂拥而至，使得整个日本的镁合金压铸业供不应求，各主要大厂在评估未来的趋势后，积极进行扩厂，目前日本的镁合金压铸业的扩厂仍在进行中。1996年以前，日本已开始使用镁合金制造各种便携式产品的框体、支架和外壳等，如Sony的VideoCamera、MDPlayer与Sharp的MDPlayer等均已开始使用镁合金制作框体和外壳。日本镁合金在3C产业的开发应用现状见表5。表5厂名制品分类机种时间成型法预估产能（吨）成型厂103 松下电器21型电视TH-21MA998/9T1000/年松下电器笔记型PCLET/NOTEPromoteFGCF-35B5A4A498/698/1097/5TH15万/年※LET/NOTE系列20000/年TacataPhysicsTOSEI日本金属TacataPhysics数位VCNV-CI98/7H20000/月三井金属筑波压铸随身CD·MDMJ-S1797/12T15000/月松下电器数位VTRNV-DJ10098/1HCamRecorderAJ-D70098/2HTOSEITVTH-71MA998/9TSony笔记型PCVAIOPCG550B5A497/11H25000/月※VAIO合计TOSEIVAIOPCG-CI98/9T数位VCRUVICCD-CR198/10H5，000/月三井金属TRV-900098/9TNifucoPC-198/7H三井金属、筑波压铸TRV-598/6H三井金属、筑波压铸随身CD·MDMZ-E36/E5598/9H20，000/月三井金属随身MDMZ-R90/E-9099/10PFSony、日立金属、东京精锻业务用TV·CDSR-30098/2HTTOSEIMGP投影机VPL-SC50J98/10H三井金属VPL-X600J98/5T4，000/月MGP影像编辑器PNW-A22094/2HTOSEI东芝笔记型DYNABOOKA498/8C筑波压铸DYNABOOKA598/840,000/年DYNABOOKB598/8C.HT※DYNABOOK系列筑波压铸TacataPhysicsRiprettA5TTacataPhysicsPORTAGE300B597/11TTacataPhysics103 SHARP笔记型PCBEBIUSPJ1B598/6T10,000NotePC天马MG数位VCEVAvl-EF198/1T20,000/月MGPVL-PD197/11TNifuco随身CD·MDMD-SS7098/920,000/月NEC笔记型PCLAVIENXLBB598/6T70,000/月※LAVIENX系列CorucoutMOBIONXA497/11T3,000/月Corucout行动电话MOBPHONE98/7CT筑波压铸Corucout三菱电机笔记型PCPedionA497/9THTacataPhysics日本金属CASIO计算机笔记型PCCASIOPAIRA598/11T3,000/月Corucout日本GATEWAY笔记型PCSOLO3100XLA498/9T8,000/月TacataPhysics富士写真Film数位照相机PS-30097/4P5,000/月MGP日立制作所数位VCVM-D1(CanonOEM)98/4H3,000/月三井金属SeikoEpsor投影机ELP5500/560098/7T20,000/月东海兴业Canon数位VCCV1198/4T14,000/月YAMAHAFineTech日本Victor数位VCGR-DVYGR-DVPV98/598/1HH15,000/月※合计筑波压铸筑波压铸富士通笔记型PCBIBLONSVⅢA4,98T富士通化成富士通SintaBIBLONSVⅢA5,98TCompaqPlasario1915A4,98TTacataPhysicsNikon数位照相机NikonF100H:压铸热室机C:压铸冷室机T:半凝固射出PF:冲压锻造资料来源：富士经济、工研院材料所/金属中心ITIS计算整理。最早采用镁合金制造笔记本电脑外壳的是Toshiba，用于制造笔记本电脑Libretto50,该型号的A5Size在市场销量很好，且Toshiba为全球第一大笔记本电脑厂商，故而各厂商纷纷跟进。1997年以后，镁合金应用于便携式产品的例子大幅增加，包括消费性电子产品（如Sony、Sharp、Fuji103 film、Victor松下）及笔记本电脑（如Toshiba、松下电器、三菱电机、NEC、Sony）的各厂商均陆续推出应用镁合金的便携式产品。到了1999年底，Sony更加创新地推出了两款便携式MD播放机（MDWalkmanMZ-R90/E-90）的镁合金锻压成形(Pressforging)外壳。其主要优点是成本低，机械性能好。另外，在其它应用方面也有一些新的进展，例如，三菱电机利用镁合金的轻量与吸震特性，将其厨房用抽风机的扇叶材料全部从铝合金改成镁合金，其每片扇叶重量可减少将近4%，进而俭省电力30%，而运转噪音亦可因镁合金的优良吸震性而减少3dB。1.生产厂商表6与表7分别给出日本镁合金半固态成形射铸与压铸各主要厂商的生产设备状况。在半故态射铸成形厂中，以M·dispresiong生产规模最大,拥有9台设备,其次为MAGTECH,拥有8台设备,TACATA·physics与NIFUCO各有7台设备。不过，这些生产厂家的规模都将被台湾的华孚超越，华孚将成为全球最大的半固态射铸成形厂。目前最大的半固态射铸成形机为850吨，最常用的设备为220吨左右。在压铸成形生产厂中，以TOSEI的生产规模最大，设备数高达20台，其次为三井金属，有设备15台。在此行业内，设备吨位最大的为1600吨，以300吨左右的设备普及率为最高。表6日本业界拥有半固态射铸成形机状况公司名称设备状况（吨位x台数）总台数松下电器产业70Tx2、1600Tx1、200Tx14M·dis-Presion75Tx4、220Tx2、450Tx2、850Tx19天马MAGTECH75Tx3、220Tx2、450Tx1、650Tx28PLALEAD75Tx2、220Tx2、500Tx15CORUCOUT75Tx2、220Tx2、450Tx2、6三共化成220Tx22TACATA·Physics·Sinta220Tx1、450Tx4、650Tx27YAMAHAFineTech75Tx3、220Tx2、450Tx16大和合成不详三上化学制锁75Tx1、220Tx12富士通化学不详1NIFUCO75Tx3、220Tx4；220Tx1、450Tx1预定7ALACO850Tx11HondaRock不详T·STech不详GUNZE不详TKR不详东海兴业450Tx1、220Tx12NEGUSUS不详富士通Sinta650Tx22Suncast220Tx11MAZDA不详合计22家公司＞64由于日本汽车业的迅速发展以及对3C103 产品的开发，在未来几年，日本对镁的需求增长旺盛。据日本镁协会预测，在2000年财政年度（截止到2001年3月31日），日本镁需求量将达到34030吨，比1999年财政年度（截止到200年3月31日）上升9.94%。据日本镁协会统计，1999年财政年度日本镁需求量达到30954万吨，比1998年财政年度上升14.1%，这种增长主要来自于饮料罐和汽车零件的铝合金生产企业对镁的需求稳定增长。此外，在日本政府支持下，日本电子元件和材料的回收工作日益发展，这使镁很有吸引力，因为与其它金属相比，镁更易回收利用。表8给出日本的镁回收情况。表7日本业界拥有压铸机状况公司名称设备状况总台数东海理化电机制作所350Hx1、300Hx4、200Hx27TOSEI350Hx7、300Hx9、600Hx3、160Hx120水泽工业630x1、135x1、350x24日金Magcast600Hx2、350Hx2、300Hx1、200Hx1、500x1330x18筱冢制作所350Hx1、120Hx3、50Hx2、15Hx28筑波压铸350Hx3、120Hx1、100Hx3、500x1、350x1、140x1、60x212共立300Hx1、450x12Ryobi300Hx1、30Hx1、900Hx13Mettsu250、800、350各一台3ALPHA350Hx11神户制钢所150Hx11双叶压铸150、100各一台2新正荣压铸320x11Aisin精机300Hx11三井金属15Hx1、50Hx6、100Hx4、350Hx1、350x2、650x115日野工业800x1、250x3、4山崎压铸50Hx44东京技研135x11蛇目缝纫机工业50x1、250x1、350x1、650x1、800x15泉汽车350x22旭Tech330x1、800x1、1600x13江口压铸15Hx22椎名制作所15Hx11金属650x11Hisinumama-Sinary150Hx11新荣压铸75、220各一台2Hondarock350Hx11三静工业350Hx44町田精机350x11美浓工业350或5001田中压铸150Hx22相模原部品工业50Hx22Aresty650x11Plast450x11Progless50Hx11中外Toousei350Hx66A·K压铸50Hx11Suncast600Hx1、220T(半故态射铸机)1旭东压铸50H、350C2日本Plast自1999年开始生产合计40家公司＞138表8日本镁回收工厂概况103 企业名称所在地产品年产能力（吨）备注小野田商店崎玉县鸠ヶ谷市镁合金3600原料为顾客工厂产生的废料小野田森林歧阜县土歧市镁合金1800—中央工产枥木县小山市—2000原料为本公司产生的废料矢花商店——250原料为顾客工厂产生的废料日本金属千叶县君津市—2800—北九州市若松区—2400—北九州市八幡西区—800—岩手县北上市—2400—合计16050计划中爱信精机爱知县西尾市镁合金不明原料为本公司产生的废料TOSEI静冈县修善寺—3600原料为本公司产生的废料，2001年1月投产在中国的工厂日本金属银川市近郊纯镁2000与当地企业合资日本金属银川市近郊镁合金5000计划中南京宇部镁公司南京市2000合计28650（二）我国台湾省的镁工业现状1.进出口情况表1为台湾近3年镁合金进口统计，从表中可知，1998年台湾进口纯镁2312吨，镁合金836吨，镁粉粒及废料50吨，镁制品82吨。1998年下半年以后，由于受笔记本电脑使用镁合金潮流的影响，使得第三季度镁合金原料需求大幅上涨，而1999年前三季度的进口量超过1998年全年的进口量，1999年全年进口纯镁与镁合金的总量超过5000吨，比上一年增加50%。表11997~1999年台湾各种镁料进口统计单位：吨、百万新台币产品品种199719981999重量金额重量金额重量金额镁（99.8%以上），未经塑性加工者2395.4168.82312.1171.23672.0207.1其它镁，未经塑性加工者549.940.2836.473.92407.0224.8镁废料及碎屑15.10.50000镁锉片、车屑及粒0013.01.846.86.1镁粉33.54.736.55.731.15.8其它镁制品66.010.281.811.5195.422.2合计3059.9224.43279.8264.16352.3466.0台湾的镁合金主要从中国大陆、挪威与日本进口。用来生产3C产品外壳的镁合金锭，由于质量要求高且使用习惯问题，大部分采用挪威Hydro的镁料。详细情况见表2。表21999年台湾各种镁料前五大进口国单位：吨、百万新台币103 排名国别进口量比率（%）进口值比率（%）1中国大陆4199.666.1240.451.52挪威1572.824.8156.633.63日本366.65.742.79.24英国76.41.27.41.65美国70.91.18.41.8其余66.01.110.52.3合计6352.3100466.0100由于台湾没有镁合金矿物资源，所以在出口方面是以镁加工工艺之后所产生的废料、车屑（送原产国回收）以及冶炼用镁粉等为主，详细出口数字与出口地区见表3与表4。表31997~1999年台湾各种镁料进口统计单位：吨、百万新台币产品品种199719981999重量金额重量金额重量金额镁（99.8%以上）未经塑性加工者20.62.0406.434.41633.3114.5其它镁，未经塑性加工者30.01.020.21.686.14.0镁废料及碎屑79.72.3402.413.4492.816.3镁锉片、车屑及粒253.02.4483.44.250.90.6镁粉334.22.159.31.454.61.2其它镁制品46.63.069.06.277.5115.5合计764.112.81440.761.22395.2252.1表41999年台湾各种镁料前五大出口国单位：吨、百万新台币排名国别出口量比率（%）出口值比率（%）1荷兰882.336.860.023.82西班牙666.227.849.019.43挪威268.311.211.64.64马来西亚146.96.16.42.55香港114.94.84.41.7其余316.613.3120.748.0合计2395.2100252.11002.压铸业台湾省的镁工业主要为压铸业，是近两年发展起来的，目前无论是规模还是技术水平均居亚州第一，并跻身世界先进行列。1993年，台南县可成科技有限公司首先从德国富来公司（Flet）引进热室镁压铸机。1998年初，高雄县纽辉科技有限公司、桃园县敬得工业有限公司、台北县的佳盛工业有限公司相继引进不同压铸力的压铸机，使台湾省的镁压铸业达到了与日本相当的规模。尤其经过近两年来的发展，台湾省的镁压铸业已经超过了日本。1998年，彰化县的台湾荣轮业有限公司引进1台意大利350吨尹多拉（Idola）热室压铸机，用于生产汽车镁合金零件；可成科技有限公司从1999年4月份开始计划引进2台500吨富来热室镁合金压铸机，用于生产笔记本电脑盒，以及照相机、摄象机镁合金外壳，这种外壳通称“3CS”103 外壳。由于台湾省这类产品市场旺盛，所以从1999年春开始，桃园县的锦明实业有限公司、彰化县的胜品实业有限公司、台北县的富甲实业有限公司、桃园县的华采工业有限公司等4家企业都看准了电脑盒的市场前景，纷纷引进镁合金压铸机，强占市场份额。仅1999年，台湾省投产的镁压铸机就有93台，成为台湾省投产镁压铸机最多的一年，在一个省内，一年内有这么多的镁压铸机投产也是镁压铸史上绝无仅有的。在这些压铸机中，既有热室压铸机，又有冷室压铸机，还有半固态成形机。六和机械有限公司的最终压铸机数为10台，而华孚工业有限公司的目标是建成40余条生产线，成为全世界拥有镁压铸机台数最多的企业，不过都是小型压铸机。在建的36台与原有的52台共计88台压铸机中，有64台热室压铸机，12台冷室压铸机，12台半固态成形机。如果按压铸机生产厂家来说，在64台热室压铸机中，富来公司的56台，尹多拉公司的7台，齐希斯马公司的一台。在12台冷室压铸机中，有布尔公司的9台，东芝机械公司的2台，朴宁斯公司的一台。12台半固态成形机全部是JSW公司提供的。台湾省镁合金压铸企业的现状及扩建计划见表5。（截止于1999年2月末）表5台湾省镁合金压铸企业一览表企业压铸机（吨位x台数）已有台数1999年扩建台数制造公司投产月份可成科技公司（台南）125x1、200x1、315x3、500x1610富来准备纽辉科技公司（高雄）125x1、200x2、350x14—富来准备敬得工业公司（桃园）200x1、315x1、500x13—富来准备佳盛工业公司（台北）125x1、315x1、500x1、530x2*512富来布尔准备美利达工业公司（彰化）315x3、500x366富来3台湾荣轮业公司（彰化）350x1、500x23—尹多拉富来准备巧新工业公司（云林）200x11—富来8高晟科技公司（高雄）350x1、600x122尹多拉6锦明实业公司（桃园）530x1*15*布尔4胜品实业公司（彰化）650x1*1—普宁斯4钿州金属公司（桃园）150x1、350x1*21*希齐斯马7富甲实业公司（台北）630x1*1—布尔4鸿海精密工业公司（台北）350x11—尹多拉8六和机械公司（中沥）600x11（最终10台）尹多拉10华孚工业公司（桃园）220~650**12(最终40台)JSW4金属工业制品中心（高雄）315x11—富来4103 总计5236——注：*冷室压铸机；**半固态成形机。3.各公司简介在表5所列的16个企业中，前15个都是生产企业，第16个是一家金属工业制品中心，它是一个开发机构，1999年3月末在中心安装一台315吨的富来公司的镁压铸机，主要从事笔记本电脑盒的试验研究，并将研究成果迅速转化为生产力，为镁压铸企业解决了许多实际问题与生产中遇到的一系列技术难题。其它的15个企业有9个是专业压铸厂，其余的公司还生产其它的产品，现将各个公司的情况简介如下。3.1可成科技股份有限公司该公司位于台南县永康工业区，本来是一家铝合金压铸厂，有125~500吨的压铸机19台，是日本东芝机械公司与东洋机械公司制造的，生产汽车与电器压铸件，月产量250吨。生产镁合金压铸件是从1993年开始的，现有镁合金压铸机6台，都是富来公司提供的，在1999年内要增加10台，年底建成投产，可使镁合金压铸件的月产量达到20吨，产品以笔记本电脑盒为主。3.2纽辉科技股份有限公司纽辉科技股份有限公司位于高雄县，与可成科技股份有限公司一样，原来也是一个铝合金压铸件生产企业，原有压铸机11台，1998年下半年又从日本东洋机械公司引进铝合金压铸机3台，其中350吨一台，500吨2台。镁合金压铸件的生产也是于1998年才开始的，从富来公司引进4台压铸机，生产计算机零部件。3.3敬得工业股份有限公司该公司位于桃园县中沥市，原来也是单一的压铸铝合金零部件生产企业，压铸汽车与电器零部件，有135~350吨的压铸机7台，是日本东芝机械公司、东洋机械公司、川口公司制造的，年产量约1000吨。1998年开始从富来公司引进3台镁合金压铸机，主导产品为电脑盒。3.4佳盛工业股份有限公司佳盛工业股份有限公司的厂址在台北县新庄市，有从日本引进的铝合金压铸机4台，其中250吨的一台，350吨的3台。主导产品为散热器和电器零部件，年产量约720吨。镁合金压铸机6台，其中热室压铸机4台（150吨一台、318吨2台、500吨一台），530吨的冷室压铸机2台。热室压铸机是从富来公司引进的，而冷室压铸机则是布尔公司提供的。主要产品为LCD(液晶显示器)与笔记本电脑盒。3.5美利达工业股份有限公司美利达工业股份有限公司的厂址设在彰化县，是一个实力雄厚的汽车铝合金压铸件生产企业，有员工700名。从1999年开始生产镁合金压铸件，有从富来公司引进的压铸机6台，其中315吨的3台，500吨的3台，笔记本电脑盒的设计年生产能力为50万个。3.6台湾荣轮业股份有限公司该公司位于彰化县富兴乡，荣轮业公司设在台湾省生产汽车铝合金压铸零件的工厂，成立于1988年，有从荣轮业公司搬迁来的铝合金压铸机6台，其中350吨的4台，500吨的2台，生产减速机、曲轴传动装置等零件。压铸机从日本东芝机械公司引进。该公司还采用自主开发的超低速铸造法压铸零件，产品主要出口到法国。1998年4月从尹多拉公司引进1台350吨的镁压铸机，开始生产高级汽车镁合金零件，使公司铝合金零件的月产量达120吨，镁合金零件的月产量达23吨。1999年又从富来公司引进2台500吨的热室压铸机，已于2000年4月投产，从而可使镁合金压铸件的月产量达到70吨。3.7巧新工业股份有限公司巧新工业股份有限公司是一个锻造专业厂，专门生产自行车、汽车、飞机零部件，年产量约500吨，从富来公司引进1台200吨的热室镁合金压铸机，于1999年夏天开始生产镁合金压铸件。3.8高晟科技股份有限公司103 这是一家大量用再生铝合金生产汽车零部件的高雄铝业公司的一家子公司，为了生产笔记本电脑盒，于1998年在高雄县湖内乡建了一个新工厂，已于1999年6月投产。其设备有尹多拉公司生产的350吨的热室及冷室镁合金压铸机各一台，99年年末又各增加一台。在新工厂内除建有加工生产线外，还有表面处理生产线，生产A4、A5、B5等各种标准尺寸的笔记本电脑盒，4台压铸机的月生产能力为30万个。3.9锦明实业股份有限公司锦明实业股份有限公司原是一个生产电视机阴极射线管的企业，1998年组建了一个生产镁合金压铸件的新公司，1999年3月末1台530吨的镁压铸机投产，6月末又增加了2台同样的压铸机，年底再增设3台，计划于2000年还增加3台，使压铸机总数达到9台。这些压铸机全是布尔公司制造的，以使电视机与计算机的零件全部用镁合金压铸。3.10胜品实业股份有限公司该公司本是一个生产铝合金压铸件的企业，有从日本东洋机械公司引进的压铸机7台，其中125吨的3台，250吨的2台，350吨的2台，生产汽车零部件，年产量约2500吨。1999年开始进入镁合金压铸领域，从美国普宁斯机器制造公司引进一台650吨的冷室压铸机，于4月投产，生产镁合金压铸件。3.11钿州金属股份有限公司钿州金属股份有限公司位于桃园县八德乡，原是一个生产汽车及电器铝合金零部件的企业，有压铸机8台，其中4台是从日本引进的，月产量150~200吨。1998年下半年开始建设镁合金压铸车间，于1999年6月峻工，7月份开始安装压铸机。有3台压铸机，150吨热室压铸机1台，从希齐斯马公司引进；冷室高速压铸机2台，350吨的一台，650吨的一台，都是日本东芝机械制造公司提供的。主导产品为笔记本电脑盒。3.12富甲实业股份有限公司富甲实业股份有限公司是一个新建的小型镁合金压铸厂，位于台北县，有一台650吨的冷室压铸机，是从布尔公司引进的，于1999年4月投产，用于生产笔记本电脑的大尺寸镁合金盒，目前公司还没有扩建意想。3.13鸿海精密工业股份有限公司该公司位于台北县士城市，在生产连接器方面是一个拥有尖端技术的世界级公司，还生产计算机热导管，工厂主要在大陆深圳市，在台北与美国也有工厂，有员工23000名，其中深圳21000人，在台湾有1500人，在美国有500人。生产镁合金压铸件的规模小，仅在深圳市有一台尹多拉公司的350吨的热室压铸机，于1999年8月投产。公司已制定计划，准备于今后适当时候增加一些压铸力大的机器。3.14六和机械股份有限公司六和机械股份有限公司是台湾一个有代表性的汽车零部件生产企业，工厂在中坜市新生路，战地面积112500M2，共有员工940人，目前的年销售额约为28亿元新台币，铸造产品有制动零件、发动机零件、操纵系统零部件。这些零件的生产都是在连续的生产线上进行的，工厂的铝合金汽车轮毂年产量为60万件，进气歧管年产量为10万件，另外还在江苏省昆山市建有铝合金轮毂制造厂。1998年开始在中坜工厂建设镁合金压铸生产线，从尹多拉公司引进一台600吨的热室压铸机，于1999年10月投产，主要生产笔记本电脑盒。由于电脑盒市场看好，公司制定了规模较大的扩建计划，将压铸机数量增加到10台。3.15华孚工业股份有限公司华孚工业股份有限公司位于桃园县兴华路，是台湾装备最为精良、技术非常先进的镁合金笔记本电脑盒生产企业，也是台湾最新组建的镁合金压铸企业，1999年4月开始生产，一举从JSW公司引进12台半固态压铸机，压铸力从220吨到650吨，配套齐全，结构合理。另外，公司还制定了宏大的扩建计划，准备增加28台半固态压铸机，最终达到40台，从而成为全球最大的技术最先进的镁合金笔记本电脑盒生产企业。1.台湾省是全球笔记本电脑生产基地103 1998年，全世界的笔记本电脑总产量为1800万台，而台湾省的产量为650万台，占总产量的35%，成为名副其实的基地。台湾省1999年的产量达800万台，占全球总产量的40%，同时，其产量正在扶摇直上。2001年，台湾省的笔记本电脑产量预计可超过1000万台，占世界总产量的50%左右。按生产率匡算，生产一个笔记本电脑盒需30秒钟，每天按两班制16小时计算，可生产1920个，每月按24天计算，可生产约4.6万个，一年的产量可达55万个。不过，由于镁合金压铸件的成品率只有60%左右，以及设备故障等因素，一台压铸机每年只能生产25万个成品盒。每台笔记本电脑需要2个盒，每个盒由2个镁合金件组成，分别装记录纸、固定液晶板、键盘等。生产1000万台笔记本电脑，需要4000万个镁合金压铸件，因而需要160台压铸机。由此可见，台湾目前的压铸机数还远远不能满足未来市场的需求，尚需根据市场情况，及时增加压铸生产线。总结台湾镁工业的生产情况，其压铸行业有三点值得注意：—压铸业的企业结构较为合理，形成大中小相结合的新兴产业，小的仅有一台压铸机，大的将有40台；产品专一，以笔记本电脑盒为主，生产效率高，效益好。—有技术开发研究中心作后盾。该中心对生产企业发生的技术问题能及时帮助解决，中心拥有一台中等压铸力的压铸机，可事先试制新产品，为企业提供极有实用价值的工艺参数，大大缩短了产品的试制时间，创造了很好的经济效益，深受企业欢迎。—注重新装备、新技术、新工艺的应用，在所用压铸机中既有热室的，又有冷室的，特别值得提出的是，华孚工业有限公司一次性引进220~650吨的半固态压铸机12台，这在镁合金压铸史上是无先例的。半固态压铸是目前生产镁合金零件最先进的工艺，它具有一系列的优点：生产效率高，成品率高，再现行高，机械加工量少，力学性能高，劳动环境好，材料利用率高等等。（三）中国的镁工业1.中国的镁资源我国是一个地质资源相当丰富的国家，地质统计资料显示，我国已探明的菱镁矿储量达31.45亿吨，占世界菱镁矿总储量的22.5%，居世界首位。白云石矿储量超过70亿吨，分布在我国绝大部分地区。盐湖镁资源也异常丰富，盐湖矿床的可溶镁盐储量约占世界总储量的7.8%。此外，每年还可以从海盐苦卤中副产各种镁盐200万吨。尤其在青海察尔汗盐湖中，镁盐资源的总量比全国菱镁矿资源总量还多7亿吨，且品位高，便于综合开发。下面给出我国镁盐和菱镁矿的储量分布情况。表1全国镁盐资源储量分布省区储量，亿吨资源比例%备注A+B+CD合计资源量资源总量青海12.986.8219.8018.238.0089.3盐湖新疆1.491.493.5盐湖内蒙0.100.100.24盐湖山西0.020.080.10.100.24盐湖陕西0.040.040.1盐湖甘肃1.501.503.5盐湖山东1.281.283.0滨海卤水西藏0.020.02盐湖辽宁0.010.01滨海卤水合计13.006.9019.922.6442.54表2全国菱镁矿储量省区产地数D资源总量比例103 级以上储量百万吨百万吨%辽宁102358.12698.685.8山东2269.6337.710.7河北215.033.71.1内蒙24.00.1新疆231.531.610甘肃126.926.90.9四川68.49.40.3安徽13.33.30.1合计262712.83145.21002.中国镁的基本现状中国镁自1992年变进口为出口，除1995~1996年因售价变低产销量缓增外，1996年以后直线上升。据大陆海关统计，我国1996年出口原镁量为4.91万吨，1997年出口原镁量为7.81万吨，1998年我国原镁的出口量为10万吨左右，而1999年镁产量超过15万吨，（估算为16.5万吨），出口量为13.702万吨（为上年的137%），在2000年，我国的原镁产量已接近20万吨，成为全球镁的第一生产大国，已超过世界总产量的三分之一。1995-2000年的镁产量祥见表3。表31995-2000年中国镁产量（万吨）年份199519961997199819992000产量9.357.307.8112.315.719.12.1主要生产厂家及产量据不完全统计,目前我国生产金属镁的厂家已达到400多家,其规模大小不等，从几百吨到几千吨甚至几万吨。现有全国镁业联合体组织专家组于1999年12月下旬到全国部分省市和有代表性的厂家调查的不完全的统计资料，供参考。表4各省市1999年镁的产能与产量省市厂家数产镁能力（吨）产镁量（吨）占总产量%备注贵州省18002000.13山东省112008000.53黑龙江省1产能为1300吨，已建成，未正式生产。陕西省2400023001.52甘肃省22563内蒙3400025001.65河北省3610039502.61青海省2800051023.38其中有民和、乐都二厂。吉林省21000066504.40宁夏区7222001756011.64河南省163055018508.3112.27山西省3811650093069.9261.74重庆市112002000.13合计78207113150840.23100103 从上表的统计结果看，1999年全国的总产能为20.71万吨，总产量为15.084万吨，此外还有山西20余家，河南10余家未统计上，这些厂家的规模多为400~1000吨，以增加产能、产量10%计算，1999年底全国镁生产能力为22万吨，镁产量为16.5万吨，约比上年增长37.5%，为此，1999年可谓产能、产量大幅度增长的一年。从产地看，1999年山西、河南、宁夏三省区产量占总产量的85.65%，其中山西占61.74%，为镁的产能、产量大省。调查中发现企业大都库存为零，并已有多家预约定货，看来目前市场看好，已有的老厂在挖潜和改扩建，也有少数新建厂，预计2000年新增能力不小于6万吨，表5给出部分厂家的产能及产量。表5部分厂家产能产量序号企业名称生产能力生产量备注19981999199819991民和镁厂70007000450250022闻喜银光集团有限公司1200015000532612600有十个镁厂三个挂靠单位3太原易威集团有限公司15000150001410012592（限产）有五个子公司4太原同翔金属镁有限公司1000011000670010500有四个分厂5山西通宝镁业有限公司4000650018145509兼并与扩产相结合6广灵化工总公司精华镁厂2000600018004000兼并7河津东方冶金有限公司40005000300045001999年已扩产为万吨能力，于2000年5月达到产能8山西万恺实业有限公司1000350070030009稷山硅镁冶炼厂10003000280010宏富镁业有限责任公司250032002000300011宁夏鑫达镁业有限公司—30001999年底建成投产12宁夏中卫常乐金属镁厂150035001300340013石咀山市冶金集团有限责任公司3500500015004700老厂挖潜改造14宁夏惠农镁业有限责任公司4500500038964660老厂挖潜改造15宁夏加美华镁业有限公司7002200600160016太原市金属镁厂150030001000200017清徐任兴冶镁厂15002500600170018晋城矿务局五台铺矿山冶炼公司200030001500230019河北邢台冶化总厂1000250010501500合计747001049005136885361上述厂家1999年比上年增产3万余吨，增加产能企业大都在山西、宁夏二地区。前者地区能源矿源丰富，山西省曾将镁作为地区的支柱产业，宁夏在西部开发政策的支持下，也相应地发展了具有地区优势的金属镁业。扩大生产能力便意味着增加竞争力，1999年大多数企业取得一定效益，有的厂家利税在数百万元以上，也有数家在千万元以上。103 2.2进出口情况由于我国是全球镁合金原料最大生产国之一，所以，近年来的产量和出口量大幅度上升。其出口量最大的为纯度99.8%以上的镁，约占67%左右，其次为镁锉片、车屑、镁粉及粒等，仅占不到两成的比例，详细情况见表6。表61997~1999年国内各种镁料出口统计单位：吨、百万美元产品品种199719981999重量金额重量金额重量金额镁（99.8%以上）未经塑性加工者60.4137.273.7155.391.6154.4其它镁，未经塑性加工者6.715.011.428.817.436.8镁废料及碎屑0.90.50.80.91.62.5镁锉片、车屑、镁粉及粒6.615.211.223.624.543.1镁，经塑性加工者3.17.12.65.71.62.9其它镁制品0.41.20.20.70.30.8合计78.1176.299.9215137.0240.5目前中国镁主要供出口，近年的出口量约占产量的80~85%，如在2000年，中国镁的产量为19.1万吨，而出口量竟达16.51万吨，已成为镁的世界贸易大国。中国镁近年来主要出口欧盟、美国、日本等国，近年来出口的主要国家及其所占比例祥见表7。表7近年来中国镁产品出口国别及所占比例（%）国别欧盟日本美国韩国加拿大非洲其它所占比例20-3120-2316-184-55-60.8-1.818-30表8给出1999年中国的原镁出口国别及出口量，与表7相比较，说明近年来我国镁的出口国家基本保持不变。由表8可见，前五大出口国占总出口量的66%，而前三个国家占总出口量的五成以上，日本是目前我国出口量最大的国家。表81999年中国各种镁料前五大出口国单位：吨、千美元排名国别出口量比率（%）出口值比率（%）1日本29.021.253.422.32荷兰24.718.042.017.53美国22.216.240.016.64德国8.15.914.25.95韩国7.05.111.84.9其余46.033.679.132.8总出口137.0100240.5100在进口产品品种方面，与出口截然不同的是以镁锉片、车屑、镁粉和粒以及其它镁制品为主要进口大额。1999年镁锉片、车屑、镁粉及粒进口达23.7万吨，所占比例为43%。就整体而言，仅三年的进口价格呈现微幅上扬的趋势，大约保持在10~15%左右的正增长，祥见表9。表91997~1998年中国各种镁料进口统计单位：吨、千美元产品品种199719981999重量金额重量金额重量金额镁（99.8%以上）未经塑性加工者3.38.20.010.223.866.0103 其它镁，未经塑性加工者3.767.80.92.047.071.4镁废料及碎屑000.020.0321.023.2镁锉片、车屑、镁粉及粒279.3335.9323.7800.8237.5550.1镁，经塑性加工者35.0227.639.1329.933.9275.0其它镁制品116.31167.0105.8801.8178.61431.5合计437.61856.5469.531934.73541.82417.2中国镁原料主要进口国及地区有美国、台湾、挪威、日本和俄罗斯，占整个进口量的90%以上，其余国家仅占不到10%，祥见表10。表101999年中国各种镁料前五大进口国单位：吨、千美元排名国别进口量比率（%）进口值比率（%）1美国222.541.183.13.42台湾172.631.91026.842.53挪威35.06.555.62.34日本32.46.0276.711.45俄罗斯28.65.3218.89.1其余50.79.2756.231.3总进口541.81002417.21001.1应用市场在1970年到1980年期间，国内镁的应用主要是在军工和钛冶炼所用还原剂方面，1980年以后，由于铝加工工业迅速发展，镁在铝合金行业中的应用增加。在1985~1991年期间，国内平均年耗镁量为9630吨，1993年国内镁消费量达到9000~10000吨，1995-2000年的镁消费量见表11。表111995-2000年中国镁消费量（万吨）年份199519961997199819992000消费量1.771.791.952.152.322.55近年来，我国镁的主要消费为用于铝合金添加剂，约占总消费量的30~40%，其次为镁及其合金铸件、金属还原以及稀土镁合金，而炼钢脱硫才刚刚开始。1999-2000年中国镁的消费结构见表12。表121999-2000年中国镁的消费结构（万吨）消费结构铝合金铸件金属还原稀土镁合金炼钢脱硫其它合计1999年0.980.300.350.320.050.282.302000年1.010.400.370.350.110.312.55据中国镁协在1999年第56届国际镁学会中的资料报道，就中国大陆内地的市场而言，近年来对镁的消耗是逐年增加的，其中铝合金用镁与压铸业用镁的增长最快，前者用量1997年为8600吨，1998年为9200吨；后者用量在1997年为2424吨，1998年为2600吨，以镁压铸业在国内发展迅速的趋势来看，预计到2001年可增长到9800吨。从发展来看，国内铝合金工业前景乐观，建筑结构、食品包装和饮料罐用铝合金材的需求会有较大增长。汽车用镁合金铸件在国内刚刚起步，1993年上海桑塔纳轿车产量为10万辆，使用镁合金2500吨，在2000年，国产小汽车的产量达到100万辆，因此镁合金的用量会明显增加。另外，再加上镁在钢铁脱硫等领域的开拓，而且，中国又是钢铁大国，故此，国内的用镁量会越来越大。103 国内镁合金压铸件主要应用在飞机、汽车、摩托车等零部件以及农业机械、凿岩机和轻工机械的有关零件上。国内镁合金压铸件使用相当少，在汽车上使用也刚刚起步，目前，只有上海桑塔纳轿车变速箱壳体和壳盖是由上海凯通汽车附件有限公司为上海大众汽车公司配套生产镁合金压铸件。另外，南京白云石矿也是上海大众汽车公司的主要镁合金产品提供厂家。总之，国内在新型镁合金的研制开发、高纯度高抗蚀性镁合金的生产、镁合金的压铸工艺、以及镁合金的应用等方面，与工业发达国家相比落后大约15年。因此，充分利用国内镁资源进行深度开发，结合国内汽车、计算机、通讯、航天、电子等新兴产业的发展，促进镁合金压铸件的生产和应用，是国内镁生产者眼前的一项重要课题。1.中国镁业是可参与全球竞争的优势产业进入九十年代以来，中国的镁工业在市场经济条件下发展迅速，至2000年底，产量已达到了近20万吨，出口量达到了16.5万吨。其产量占世界总产量的1/3以上，出口量也达到了世界总消费量的1/3以上，已成为世界上最大的原镁生产国和最大的镁产品出口国。由于硅热法炼镁工艺符合中国国情，并在生产实践中不断改进提高，因此中国镁产品出口价格竞争性极强，这就导致全球镁的生产结构发生变化，极大地推动了镁在世界范围内的应用，致使中国镁在国际上扮演着越来越重要的角色。但是，目前中国镁工业发展中也面临着许多问题，突出表现在：产品的生产结构、出口结构不合理，镁初级产品过多，依赖出口现象严重；推广应用过程缓慢，内需开发明显不足，亟待发展技术含量高的深加工产品；生产过程中质量控制、自动化程度、环保水平较低，技术进步任务艰巨；技术装备水平低，技术经济指标有待提高；生产企业过多，能力过剩，行业竞争过度，没有形成规模效益；面临欧美反倾销的压力，这些都制约着中国镁工业的发展。第二部分镁合金熔炼及铸造一.镁合金熔炼阻燃方法及进展许多年来，镁元素的氧化燃烧现象一直困绕着镁合金的生产过程，严重的阻碍着镁合金产品的大规模应用。国内外科技工作者一直在致力于寻找一种确实可行的方法来解决这一问题，即镁合金生产的阻燃性问题。通过多年的实践，科研人员确实找到了一些很好的办法，来阻止镁合金在高温下的氧化燃烧。例如用氩气、二氧化硫、六氟化硫等保护性气体覆盖、或者用无机盐覆盖在合金液面隔绝空气，阻止镁的燃烧。目前，国内外研制开发并赋诸生产实践的镁合金熔炼阻燃方法主要有两种：即熔剂保护法和气体保护法。1.熔剂保护法1.1熔剂阻燃机理熔剂保护法是利用低熔点的无机化合物在较低的温度下熔化成为液态，在镁合金液面铺开，阻止镁液与空气接触，从而起到保护作用。覆盖剂一般要满足以下要求：熔点比镁合金的低，密度比镁合金的小，有较小的粘度，不含有对金属液质量有害的及夹杂物。根据以上要求，同时考虑熔剂的氧化亲和性应比镁合金的更强，一般选择碱金属和碱土金属的氟化盐和氯化盐，其中也包括氧化镁和惰性氧化物。熔剂的主要作用成分是MgCl2，其它成分则起到提高粘度、降低熔点等辅助作用。MgCl2的保护作用通过以下几方面来实现。（1）在镁熔体的表面形成一层连续完整的覆盖层，阻止镁与空气中的氧和水汽，从而防止镁的氧化，亦能扑灭镁的燃烧。（2）很好地润湿熔体表面的氧化镁，将其包覆后转移到熔剂中，消除了由氧化镁所产生的绝热作用，使镁在氧化中产生的热量能较快地散发出去，避免镁熔体表面温度急剧上升。103 （3）与空气中的氧和水汽反应生成HCl、Cl2、H2等，其反应式见（1）、（2）、（3）。反应生成的Cl2和HCl又能迅速和镁反应生成一层MgCl2，盖住无熔剂的镁熔体表面。这样，HCl、Cl2、H2等保护气体及MgCl2薄层覆盖均能有效地阻止镁与氧、水的作用，从而阻止氧化，扑灭燃烧。实践证明，在镁熔体表面撒一层干的MgCl2粉，即使没有形成连续的覆盖层，同样也能扑灭燃烧。2MgCl2+O2=MgO+2Cl2(1)MgCl2+H2O=MgO+2HCl(2)2HCl+Mg=MgCl2+H2(3)Mg+Cl2=MgCl2(4)MgCl2的熔点较高，为了降低熔剂的熔点、粘度和表面张力，使熔剂容易在合金液表面铺开，通常加入NaCl、KCl、CaF2、BaCl2等盐类来调整，1.2熔剂阻燃的缺点虽然熔剂阻燃法简便易行，且保护效果好，但是存在以下缺点：（1）熔剂的主要成分是卤族盐，在使用过程中产生大量有刺激性气味的气体（如HCl、Cl2），给环境造成危害。（2）在浇注过程中熔剂易混入铸件，产生熔剂夹杂，损害合金的机械性能和耐腐蚀性能。（3）当合金中含有稀土元素时，熔剂与稀土元素发生反应降低了稀土添加剂的实收率。鉴于以上原因，熔剂保护法的应用在国外已经大大减少。2气体保护法2.1常用保护气体在发达国家，通常用气体保护熔炼镁合金，而且取得了较好的效果。气体保护是在镁合金液的表面覆盖一层惰性气体或者能与镁反应生成致密氧化膜的气体，从而隔离空气中的氧。目前用的主要保护气体是SF6、SO2、CO2、Ar2等。（1）CO2：CO2气体在高温下与镁发生反应：2Mg+CO2=2MgO+C(无定型)（5）无定形碳存在于氧化膜的空隙处，提高了表面膜的致密度系数，使α=1.03~1.15。带正电的无定形碳还能强烈地抑制镁离子透过表面膜的扩散运动，故也能抑制镁的氧化。（2）SO2：镁与SO2的反应式如下：3Mg+SO2=2MgO+MgS(6)2Mg+SO2=2MgO+S(7)SO2与镁熔体发生反应，并在镁熔体表面生成很薄较致密的带有金属色泽的MgS●MgO复合表面膜，可抑制镁的氧化。当SO2从气氛中消失时，该表面就会破裂，镁熔体即发生燃烧；当温度高于750℃时，此膜也将破裂，不再起防护作用。(3)SF6：实践证明，用SF6作保护气体具有很好的保护效果。SF6是一种无色、无嗅、无味、不导电、化学惰性很强的气体，同空气一起作用于合金液表面，形成一种与合金液暴露于空气中所形成的氧化镁完全不一样的氧化镁薄膜，其中混入了少量致密度大的MgF2。这一层薄膜致密而连续，可以阻止镁合金液进一步氧化。2.2SF6混合气体保护方法单纯SF6覆盖其保护作用只能维持几分钟，为了达到满意效果，一般在SF6气体中混合空气和其它气体，如CO2。目前，一般认为采用SF6混合气体保护镁合金熔液的方法是最好的。它几乎是一种无毒的保护方法，同时不含有熔剂夹杂，极大的提高了合金的抗腐蚀性能。实践证明，SF6混合气体保护熔炼的高纯103 AZ91E镁合金的抗盐雾腐蚀性能超过了低碳钢和铝合金A380。因此，SF6混合气体保护方法在国外得到了广泛应用，但是在国内很少采用。表1为该保护法的适应情况。表1SF6混合气体在不同浓度、不同配比下的适用情况序号镁合金液温度/℃表面搅动情况覆盖剂污染情况混合气体配比/V%1650~705无无空气+0.2SF62650~705有无空气+0.2SF63650~705有有75空气+25CO2+0.2SF64705~760有无50空气+50CO2+0.3SF65705~760有有50空气+50CO2+0.3SF6虽然SF6混合气体保护法效果较好，但是存在以下问题：（1）污染环境。SF6气体的使用会产生SO2、SF4等有毒气体，甚至会产生剧毒气体S2F10，造成环境污染。同时有资料表明，SF6会使全球变暖，它对全球变暖的作用是CO2的24900倍。（2）设备复杂。需要有复杂的混合气体装置和密封装置，而且从熔炼炉到浇注炉也需要复杂的输送设备。（1）腐蚀设备。实践表明，SF6气体会显著降低坩埚的使用寿命。3.镁合金熔炼保护工艺的进展在人类对环境质量重新审视和全球正为减少温室效应而不懈努力的今天，SF6保护熔炼技术又受到了新的挑战。目前，寻求一种减少SF6使用的途径，或者研究更有效、无副作用的SF6气体代用品已成为先进镁合金熔炼技术的重要开发内容。据资料报道，德国的压深工业大学铸造研究所拟建一套集熔化与压铸为一体的封闭型镁合金生产工艺系统，如图1所示。熔炼是在密闭的坩埚内进行，浇注是通过固定的吸管将镁合金液送入压铸型腔底部。坩埚及压铸腔内部通有氩气，不用SF6气体保护。这套工艺系统将可以有效地解决镁合金熔炼及浇注过程中的镁液保护问题。图1采用Ar2保护的全封闭熔炼及浇注工艺系统示意图欧美的一些镁合金压铸企业采用容积泵浇注能减少SF6气体使用量，并做到定量浇注。容积泵有一个圆柱形泵室，靠阀调节流量，液流速度靠保护气体Ar2的气压控制。当选定的浇注时间到了之后，管道内Ar2的压力降低，浇注通道阀关闭，流量、流速均可达到精确控制。实际应用中，每小时可浇注680Kg镁液，每公斤镁液消耗气体的成本不到0.01美元。并且减少了液体浇注时产生的涡流，该泵能连续使用两个月。目前欧美已有40多台。镁液的保护既包括熔炼过程的保护由包括整个浇注过程中的保护。往往浇注过程的保护是最难控制的。通常国内一些工厂靠撒硫磺粉来阻止镁液浇注过程的燃烧，硫磺粉会产生大量有毒烟气，严重恶化工作环境。用容积泵浇注，液态合金从出炉到进入型腔一直处在气体的保护之下，既避免了镁液的氧化燃烧，由不会产生环境污染。因此，容积泵浇注是适用于镁合金压铸较为理想的浇注方法。另外，德国英哥斯塔镇奥迪实验铸造厂（AudiexperimentalFoundry,Ingolstadt）林纳(P.Lindner)开发的三室炉（图2）以CO2作为保护气体，取得了可喜的成就。这种工艺的关键是对熔体温度进行了有效的阶段性控制，例如，装料熔化室的温度为650℃，中间室的温度为650~700℃103 ，而熔体流出室的温度为700℃。不过，在清炉与检查时仍以SF6作保护气体，但其用量甚少。图2奥迪汽车公司镁合金铸造试验厂三室炼镁炉示意图1—镁熔体流入铸造机2.、3—CO2缓冲层4—CO2保护层5—装镁锭6—装锭与熔化室4.阻燃镁合金的研究概况在用熔剂或气体保护下熔炼，虽能阻止镁合金的燃烧，但如前所述仍存在很多问题。通过加入合金元素提高镁合金的着火点，使熔炼和浇注时不产生燃烧，即防燃镁合金的开发研究，成为镁合金熔炼研究的重要领域。国外有人加钙到镁合金中可提高镁在空气中的着火点（如图3所示）。不加钙时，镁的着火点大约在500℃，随着钙含量的增加，着火点升高。当钙含量达到1%时，着火点接近镁的熔点。当钙含量达到3%时，镁的着火点接近750℃，即在镁合金的通常熔炼温度范围内不产生燃烧。通过对X射线衍射分析表明：此时，氧化膜主要由MgO及少量CaO组成。当合金与空气接触时，首先形成CaO层，然后再形成MgO层，从而阻止镁与空气的直接接触。但是钙的加入使得镁合金晶粒组织粗大，力学性能恶化，以致于失去了使用价值。图3Mg-Ca合金在空气中的着火点国内的研究工作者，通过在镁合金中加Be和RE制成Mg-Be-RE(含Be0.1-0.8%，RE0.4-1.5%)合金，使镁合金的着火点提高约250℃，且力学性能接近AZ91D合金。对表面膜的X射线衍射分析发现，膜层由MgO、BeO和Al2O3组成，结构致密，因而具有较好阻燃效果。但据介绍，加Be和RE的合金延伸率较低。相对于熔剂保护和气体保护两种方法，合金化阻燃法无疑具有显著的优势，不仅在熔炼过程中阻燃，而且在以后的热处理和机加工过程中也会减少镁燃烧着火的危险，同时对环境也不会产生严重污染。因此，通过合金化的方法来达到阻燃目的将是镁合金熔炼阻燃的方向。一.镁合金熔炼生产方法实例（一）..镁及其合金的熔化和浇注——美国金属学会熔化和保温熔融镁铸造合金的炉子通常为结构类似于铝铸造合金使用的旁热式坩埚。但是，镁合金与铝合金不同的化学与物理性能势必要求使用不同的坩埚材料和内火衬以及对生产设备结构的改进。镁熔化后，容易氧化和燃烧，除非采取措施，保护熔融金属表面，防止氧化。熔融镁合金与铝合金的差异是容易在溶池表面形成连续的、密结氧化皮，从而限制了进一步氧化。另一方面，镁合金会在熔融金属表面形成松散的、可渗透的氧化覆盖层，使氧通过并维持熔融金属表面氧化皮下的燃烧。因此，必须使用溶剂或保护气体与氧隔离，对熔融合金加以保护。熔融镁不象熔融铝那样浸蚀铁，因此，该金属可以在由铁质材料制成的坩埚中在一定温度下熔化和保持。因此，尤其是生产大铸件时，用同一个钢坩埚熔化和处理熔融镁合金，并浇注铸锭是常有的事。图1给出可用铸勺手工浇注小型铸件的典型的戽出式燃料静置坩埚炉的横截面图。使用这类金属坩埚可以借助于发兰从顶部对坩埚进行支撑，坩埚的下部有一个洞口。它不仅具有把热量输送到坩埚料中这样一个明显的优点，它还可以确保成为便于清除熔化期间可能在坩埚的外表面上形成的任何脱离废料的废料室。炉堂内有一块向出渣门倾斜的基板。X5.5103 图1镁合金敞口坩埚熔化静置燃料炉横截面图坩埚壁可能发生进一步变薄，这种变薄因火焰的冲击可能易于集中在燃料炉内。如果不对壁薄进行定期检查，便有可能出现熔融金属泄露。如果使用废料的话，就有可能在氧化铁和熔融镁之间发生反应，便可能发生爆炸。因此，必须保持炉底无废料结垢现象。另外，配备一个在泄露事故中能够容纳全部坩埚容量的溢出池是很重要的。近来，特别是在难以检查废料形成区域的情况下，可以使用在加热面的外层镀镍铬合金的钢坩埚，其目的是排除炉底结垢，而且不损坏炉子的热效率。因熔融镁与某些耐火材料反应强烈，所以，炉衬的耐火材料很重要。已经发现，高铝耐火材料和常用的含57%Si-43%Al成分的高密度“超效率”耐火砖可以获得令人满意的效果。燃料炉的出渣门可以根据其预定目的便利地打开。如果使用电阻坩埚炉的话，用低熔点材料薄板（如锌）密封出渣门也是常有的事。锌板在溢出事故中不能对熔融镁合金起到屏蔽作用，但它可以起到防止加速坩埚内氧化的“烟囱”效果。燃烧可能在合金的熔点或熔点以上发生，这要通过在熔融金属表面覆盖溶剂的方法，或者采用一种适当的无溶剂技术，即在其表面通有一种含1%SF6的混合气体的方法来避免。两种工艺在本文的后面进行详细叙述。铸造中越来越严格的环境控制已经提出较老的二氧化硫圆顶式戽出炉不合格。通常使用的炉子类型和规格主要取决于铸造工艺的类别，多种类合金分批式作业的小批量铸造通常采用提升式坩埚。大规模作业是典型的铸造合金的范围受到较多限制的作业，这种作业可以采用为铸造工序配给一系列坩埚炉的大吨位熔化装置。在这些炉内，可进行合金化、还原和静置等金属处理。熔融金属往往要通过抽吸在坩埚之间进行输送，然后把这种金属液或者直接从最终坩埚内浇注，或者用手提式铸勺浇注到铸模内。为了避免氧化，金属输送中首先考虑的是必须用尽可能无紊流的方法进行输送，因为紊流会在最终铸造中产生氧化皮和夹杂。过量氧化已限制使用类似于铝合金常用的相当令人满意的直接燃烧反射炉。1.熔化炉和辅助浇注设备：1.1坩埚间接加热坩埚的熔化方法热效率较低，电加热无芯感应炉尽管开始投资要高的多，但生产费用较低，而且其占地面积比烧燃料装置小。坩埚的规格大约为30~910Kg，规格较小时可以用钢焊件来建造。通常所用的钢为低碳钢，含碳量低于0.12%。因为镍和铜严重影响镁合金的耐腐蚀性，所以必须把钢中的这两种元素各自控制在0.10%以下。镁的熔化工序，特别是如果采用熔剂熔化工序时，通常会在坩埚低部形成导热性较低的熔渣。如果不定期把这些废料清除掉，在该区域内可能会引起坩埚过热，同时伴随着过量的坩埚结垢。坩埚壁上过量的氧化物结垢可能会有相同的影响。应保持每炉炉料的熔化记录，以作为日常工作的安全措施。无熔剂熔化法通常较少形成结垢。使用期间，应定期清除坩埚，并使其浸透充满水，以除去所有的壳型结垢。1.2浇注铸勺.对较小的铸件，通常可以用浇注铸勺从戽出式炉内舀出熔融合金进行浇注。对略大规格的铸件，浇注铸勺可以成形为斗状，对于较小规格的铸件，则可成形为半球状。两种铸勺应该由厚度大约为2.67mm的低碳、低镍钢制成。图2给出戽斗型铸勺的典型结构。其基本结构包括一个溢流防护盖和一个底浇咀，以避免浇注时有可能被熔剂污染。103 图2用于浇注镁合金的典型铸勺（尺寸为英寸）其它一些基本的金属处理设备包括熔渣分离勺、渣盆、搅拌器、搅炼工具和撇渣勺。所有这些设备都应该由与坩埚成分相同的钢制造。1.2热电偶.精确的温度控制是处理镁合金的关键。可以使用康铜或铬铝类热电偶。应将热电偶固定配置，以便在熔化和金属处理的适当阶段对温度进行测定。应该用由低碳钢或无镍不锈钢制成的热偶保护管中的小规格热电偶。2.熔化工序和工艺参数对镁合金的熔炼和浇注，基本上有两种主要方法，即熔剂法和无熔剂法。如果操作正确的话，二者中的每一种方法完全能够生产出用于铸造工艺的优质金属。下面所采取的许多措施同样适用于这两种方法。2.1熔剂法.熔化镁的基本要求是熔化时从熔融镁中除去氧。因为早期开发的使用气体保护系统的尝试并不完全令人满意，当时成功的熔化工序便成了只有开发出熔剂方法时才成为可能。最后，确定了用于处理镁-铝-锌-锰和镁-锆合金的合适熔剂，从而开发成功了生产清洁的、无熔剂铸件的有效技术。典型的熔剂熔化工序是把少量的熔剂（大约炉料重量的11/2%）铺在坩埚的底部，预热到暗红热度。要加入的金属料必须干净、干燥、无油、无氧化物、无砂、无锈蚀，而且不应该有外来料的存在。即使由薄片砂石或其它金属碎屑引起的污染也必须通过严格控制熔化参数加以避免。未氧化污染的材料应允许作为熔料。含有废屑或氧化物的所有材料应单独精炼，并铸造成锭，然后再循环到生产熔料中。应避免坩埚内金属料的“搭棚”现象，因为这样会阻碍液体金属在坩埚内的流动，因此，添加熔剂时应轻轻地撒在熔料表面。可采用两种熔剂来防止熔料的过度氧化，并使其纯化。溶化期间可使用一种含氯化物的混合物熔剂，如含有KCl或NaCl的MgCl2。另外还可以添加一种由CaF2、MgF2和MgO组成的混合物。也有一些对每一类镁合金（AZ类和镁-锆类）都具有分离特性的熔剂。必须严格遵守这些熔剂的使用说明，并且，这些熔剂的使用必须限于所开发的合金种类。在熔化过程中，必须避免炉料的局部过热。出于精练目的的氯化处理过程不再认为是合理的方法。除非采取有效措施对氯烟进行收集。浇注之前，要仔细对熔体进行撇渣，以促使熔剂除去悬浮的氧化物，尤其是有害于铸件耐腐蚀性的氯化物。浇注之后，熔融金属（露出的帽口和下铸口）通常要撒上硫，使氧化达到最低限度。2.2无熔剂方法.若采用熔剂法熔化，特别在压铸领域，熔剂的存在会给操作带来困难，甚至热室压铸工艺也是如此。铸件中的熔剂杂质是常有的事，这是引起大量使用镁的主要障碍。该领域的重大突破是在镁合金的熔化、保温和浇注中研制开发出无熔剂方法。其中包括使用由干燥空气和SF6气体、或干燥空气和CO2-SF6气体构成的混合气体保护气氛，这种混合气体中有较低的SF6浓度（1.7-2.0体积%）。该方法为镁熔化提供的保护是非常有效的，这种混合气体具有无毒无味的附加优点。这种方法由于明显减少熔化损耗（大约为某些方法的1/2）而立即为铸锭生产者和铸造工业的压铸部门所接受。采用熔剂熔化法其金属损耗高的多的原因是坩埚底部的渣中夹带有金属微粒，而且难以回收。而无熔剂方法由于不存在熔剂而使坩埚底部的熔渣量大大减少。这种新的熔化技术紧接着扩展到砂铸方法中。但是，在砂铸和其它重力铸造工序中使用的熔化、保温和浇注设备要比铸锭和压铸设备更敞开。这主要在于砂铸的熔融金属不能封闭到与后者相同的程度。这种增加的敞开度允许用氩气（Ar2）代替保护性混合气体中的干燥空气，特别是生产军用或航空应用的重力铸造部件时。但是，惰性气体的使用（如氩气）在压铸和其它封闭铸造设备中会引起爆炸，所以在这些工艺中仍然需要干燥空气。103 在无熔剂技术向重力铸造的推广中，有两个其它的铸造工艺条件必须加以调整，重力铸造合金的浇注温度，特别是含锆合金，要明显高于压铸合金。另外，正如前面所叙述的，在重力铸造中使用的设备要比压铸中使用的设备更敞开。鉴于这两个原因，重力铸造所使用的混合气体通常要含SF6多一些，而且有时，特别是用镁-锆合金时，CO2可由Ar2气代替。表6给出推荐的各种操作条件下的保护气体。但值的注意的是，使用CO2-SF6保护气体熔化含钇（Y）合金可能会由于CO2的优先氧化而导致钇的损失。因此，建议这些合金使用Ar2-SF6保护气氛。表6镁重力铸造推荐保护气氛坩埚直径气体流量（a）表面搅拌（b）无表面搅拌（c）cminSF6,cm3/minCO2,L/minSF6,cm3/minCO2,L/min3012603.5200105020603.5550307530905.090050（a）如果熔剂出现在搅拌以前，便会降低SF6在熔池上方保护气氛的有效率，因此，可能需要较高的SF6浓度来补偿该损耗。(b)熔化和保温需要较低的气流速率。（c）合金化和浇注需要较高的气流速率。值的注意的是，含有SF6的保护性混合气体相当昂贵，而且因为SF6对全球温室效应的潜在影响，所以其含量应尽可能低。应避免SF6的浓度高于2.0%，否则会引起坩埚耗损，特别是在高温时。如果SF6的浓度超过几个百分点的话，坩埚内便有可能发生剧烈反应（爆炸），因此，务必对混合气体仔细控制，而且应该使用配料事故警告。注意，不应该用纯SF6保护坩埚。2.3晶粒细化超加热熔体到870~925℃然后迅速冷却到工艺温度的早期工序不在流行或者说不在为人们所接受，因为这样会大大缩短坩埚寿命，而且会增加熔融合金的铁含量。镁-铝合金晶粒细化和除气的现行工序是保持熔池下部的六氯乙烷或六氯苯成为小片。如果采用镁-锆合金，通过添加锆可以有效地细化晶粒。为了获得最佳的晶粒细化效果，熔体中的溶酸锆必须过饱和。不溶于酸的锆络合物也可能在熔体中出现，它是由各种夹杂产生的。鉴于这一原因，铝和硅是非常不理想的晶粒细化剂。因此，必须向熔体中添加过量的锆（理论上要求在上限），以提供所需要的可溶锆含量。鉴于同一原因，在沉积有不溶酸锆络合物的坩埚底部保留锆轴承材料的渣滓也是必须的的。为了预防任何这样的液体渣滓浇注到铸件中，浇完铸模之后，要留下适量的熔融合金（大约炉料重量的15%）。浇注期间必须避免熔体的过分扰动。必须十分小心，以防熔体上溢。而且，熔化工序必须流有适当的还原时间。对铝-锌合金进行的正常控制检查是折断一个铸在砂中的小试样进行目测。就镁锆合金而言，则要把一个小冷却铸棒折断进行目测，并与金相标准进行比较。认为令人满意的晶粒度值是0.03mm。一个非常重要的因素是有可能由于合金的混合而交叉污染，通常需要连续监视。2.4合金化镁合金可以通过在燃油-或燃气的钢罐中熔化镁锭，然后添加合金化金属，如铝和锌来生产。锰能以金属的形式进行添加，但为了提高合金化效益，往往是以氯化锰的形式添加的。103 但是，大多数铸造者购买预合金化过的锭，然后与一部分生产碎料一起加入炉内。在某些压铸工艺中，通常生产碎料的量较低，这样在经济上是可行的，把这种碎料二次熔化，并在二次使用之前铸造成锭。对于砂铸和压铸工艺中使用的镁-铝-锌合金，必须对其成分进行微量修正。但是，含有在每次二次熔化期间都容易损耗的合金化元素的镁-锆合金，每次二次熔化都必须添加这种材料。这种修正可以通过添加纯金属本身（如锌，含铈的稀土等），或具有相当高合金化元素含量的硬化剂合金。例子包括作为主要合金在镁合金中加有30%的锆，和作为主要合金在镁合金中添加有20%稀土元素的铈或其它稀土金属元素。但是，成分控制必须遵循这样一个事实，即修正一种元素的主要成分的添加能够导致溶液的稀释，并能引起其它元素含量的减少。通常，合金化金属和主要合金要象锯成的锭片一样加入熔池中，熔池温度要保持在大约700℃，当用锆合金化时，要求包括人工或机械搅拌（紧接着进行还原，使不溶酸的锆络合物还原）的搅炼技术产生含锆熔池所需要的过饱和度。务必不得使熔池保持时间太长，否则会使熔池温度下降。2.5熔池处理在熔化操作中，金属的氧化必须通过在熔化的金属上撒熔剂的方法加以避免，或者，当采用无熔剂技术时，通过有效地使用SF6-CO2保护气体加以避免。至于所采取的保护方法，主要取决于合金类型、熔化和铸造工艺。所使用的保护气体可由SF6-空气，或SF6-CO2-空气混合而成。例如，如果采用压铸工艺的话，铸造温度较低，熔融金属可以有效地封闭，SF6-空气混合气体中用较低的SF6含量（一般＜0.25%）便可提供适当的保护。如果采用砂铸方法，特别是用镁-锆合金时，溶液温度较高，为了提供适当的保护，使用CO2-SF6或CO2-Ar2-SF6混合气体是正常的。混合气体中的SF6含量最大增加到2%具有良好的控制效果也是常有的事，1%SF6是合理的。2.6气体含量和晶粒度目前，镁-铝-锌合金净化和从熔体中除氢的氯化处理工艺就环保和安全而言是极不合理的。通过超加热这些合金到某一高温（850℃），然后迅速冷却到铸造温度的早期的晶粒细化工艺在技术上是不合理的，因为增加了来自坩埚的铁粘屑。另外，在经济方面也会由于高熔池温度而缩短坩埚寿命。这些早期的技术已经通过使用加碳孕育剂法加以解决。以压缩片状的形式添加这些材料，同时可以提供除气和细化晶粒两种效果。如果使用锆合金的话，情况就不同了，再无必要进行分离除气和晶粒细化处理，因为这两个方面都可通过添加锆得到控制。如果用熔剂法熔化铝-锌-锰合金系的话，氯化镁中的高熔剂得到利用。但如果这些熔剂用于锆合金的话，便存在着内在的危险。不过，为了避免这些问题，已经开发出用于锆合金的特殊性能的熔剂。2.7铸造工序的控制当砂铸AZ-类合金时，除进行标准的摄谱仪成分控制外，通常要浇注一个直径大约为19mm的砂铸圆棒，然后将其折断进行目测，并将其断面检查与砂铸标准进行比较。如果是锆合金的话，晶粒度检查通常按照标准冷却铸棒进行，折断并用类似方法进行检查。这种试验可以确定锆含量是否在所要求的晶粒细化程度的合格含量。比较标准规定，要确保晶粒度满足0.03mm的规格范围。化学成分的控制通常用浇注在钢模中的铸造片状毛坯在光谱仪上进行分析。用镁合金制造的大量砂型铸件用于航空和军工行业，需要进行非常严格的检查。通常，每炉熔料都必须提供抗拉试验试样。其试样或单独用砂模铸成试棒，或试棒连接在母体铸件上。常常需要对试样进行完全破坏性的试验来进一步证明工件的质量等级。对压铸件而言，标准控制工序不但包括目测和尺寸检查，而且需要对铸件进行X射线的检查。2.8浇注方法浇注方法取决于铸造工艺，因此，浇注能够由勺子从戽出型坩埚舀到使用计量熔融合金注料量的较为自动的系统，以致到压铸机而变化。自动热室机是另一种可能性，大型砂铸件目前由单坩埚或多坩埚直接浇注。在用熔剂熔化的方法中，熔融金属表面上干燥的熔剂必须通过仔细撇渣彻底除去。同样重要的是要用钢丝刷彻底除去坩埚边缘或浇注突出部分的任何松散熔剂。这种操作一直到浇注完成，氧化要通过把等量的粗硫磺和细硼酸混合粉撒在熔融金属表面来控制。用于这一目的的专利材料可以买到。在熔体浇注之前，金属表面应尽可能无扰动。在这一阶段，要把由保护剂形成的表皮推后，以确保其一点也不能进入熔融金属流。在实际浇注期间，金属流可以通过撒硫磺粉得到足够的保护。103 浇注时，熔融合金从浇注铸勺直接进入铸口是不理想的，因为这容易引起金属流上面的氧化，而且这些氧化物会被直接带入模中。如果使用一个允许有一定分离程度的适当设计的浇注盒，氧化将不会发生。因为熔剂熔化法会在坩埚底部产生一定量的残余熔剂-承载材料，所以，浇注时坩埚决不应该完全排空，以免把这些材料中的一部分浇入模内。如果是锆合金的话，这一点甚至更为重要，大约要有料重的15%作为渣滓保留下来，其渣滓除熔剂和一些夹带的镁粒子外，还会含有一些残留锆和锆络合物。如果采用无熔剂熔化方法，仍然会有一些表面氧化，在保持保护气体流量的同时应仔细把氧化物从熔池表面撇去。在坩埚从炉子移出的同时，保护气体的流量可以暂时断开，但在浇注未完成之前气体必须继续。用于熔化的保护气体混合物同样可以用在浇注期间金属流的上面，而且可以用来冲洗模，补充防锈剂的作用。流下来的渣滓可能要比来自熔剂熔化工序的熔渣少一些，因为无残留熔剂。干净、无熔渣的渣滓可以返回到后面的熔料中。对于小型砂铸、永久模铸造或压铸这样的浇注，可用手工铸勺进行。干净、预加热过的底浇式铸勺可用来从敞开式坩埚中舀熔融合金。当从坩埚中直接浇注时，必须遵守防止氧化的相同措施。用手工浇注金属的氧化和燃烧可以通过在金属表面上撒硫磺粉而达到最低限度。对手工浇注，可使用在两次浇注之间能够把铸勺浸入的专用熔剂罐，以溶解非金属和保持铸勺热量。铸勺必须滴干，直到无熔剂为止。“双头充满”铸勺可以避免金属的过度扰动，而且可以舀多于所计量的（计量有助于防止把熔剂夹带到铸件中）浇注实际上所需要的金属。熔剂污染和连带的腐蚀问题以及需要提出冗长预防措施的可能性已经导致发展了低压和高压压铸领域的自动浇注和无熔剂生产方法。2.9安全措施对其它熔融金属进行处理的有用措施甚至更适合于镁合金，这些措施包括工厂人员使用面罩和防火衣。处理镁合金时，较大的危险在于无论来自何处的湿气，它会增加爆炸和火灾的危险；当湿气与熔融镁接触时，便会产生氢，这是一个潜在的爆炸源。因此，要遵守一些最起码的预防措施：●所有碎料必须干净且干燥；锈蚀的材料应进行预清洁。●任何熔剂都容易吸潮，必须保持干燥，并储存在不透气的容器内。●要与熔融镁接触的铸勺、工具和任何东西都必须完全干燥，而且要预加热。●必须避免铁氧化皮与熔融镁接触的危险。（二）镁合金的保护气体介质熔炼—俄罗斯航空材料研究院现在工业中采用的熔剂一般在成分中都含有碱和碱土金属盐混合物。熔剂虽能防止金属氧化，也能落入铸件中成为熔剂夹杂。而且，在铸件表面上的氯化物熔剂夹杂会引起强烈的熔剂腐蚀和导致经机械加工的铸件成为废品。因而为了以先进工艺装备镁合金车间就需全部或部分取消熔剂的使用，建议应用保护气体介质。在保护气体介质中熔炼和铸造镁合金需重新解决镁合金的保护、变质和精炼问题。为了推行镁合金无熔剂熔炼工艺过程，所采用的保护气体混合物如下：（1）SF6+CO2;（2）SF6+CO2;+空气（3）SF6+空气（4）SF6+氩气，其中SF6=0.5%在以上气体混合物中可以防止熔融合金氧化，气体混合物主要使用SF6防止熔融合金的氧化，SF6是一种无色、不导电的惰性气体。103 当六氟化硫与镁相互作用时，形成下列成分的保护膜：MgS，MgO，Mg3N2，MgF6。这种保护膜阻止空气中氧的进入和防止金属燃烧。由于六氟化硫的比重比空气大四倍，所以在使用上述任何一种气体混合物时都不需要密封熔炼炉，这样就有可能利用稍加改造的现有熔炼设备。现在保护气体介质熔炼工艺过程已成功地用于不同系镁合金的熔炼和铸造，例如MЛ5，MЛ5пч和镁锆合金。根据异型铸造的规模，采用几种无熔剂制备镁合金的过程：（1）在固定或移动式坩埚内熔炼，熔化和制备合金均在一个坩埚内进行。（2）综合过程，在感应炉内熔化和在分配炉内补充处理熔融金属。在感应炉内熔炼的综合过程中，可以采用Bп2等熔剂防止MЛ5合金和MЛ5пч高纯度合金的氧化。随后的补充处理（用惰性气体精练）可利用任何一种保护气体混合物在分配炉内进行，这时将保护气体混合物通至熔融金属表面上。混合物中起保护作用的是SF6。通入的保护气体可以是连续不断的的，也可以是间断性的。保护气体介质熔炼过程的工艺要求如下：在全部工艺循环过程中，在400~820℃温度范围内便可可靠地防止固体炉料和液体合金的氧化和烧损，其方法是在炉内保持可控气体气氛。由于气氛与合金相互作用在其表面上暂时形成化合物（保护膜），阻止了镁的蒸发和氧、氮和其它气体到达合金。保护气体介质对设备材料没有破坏作用或作用弱。炉子装料及其设备的使用是方便的。能自由到达熔化的炉料和熔融金属，在全部工艺循环中能方便地进行工艺操作—精练、变质和搅拌。在保持最小的熔池镜面时熔槽有较大的深度。在最少的改造情况下尽可能地利用车间现有设备。在使用新的熔炼设备时简单而方便，不需要真空和气密设备。可以由熔炼炉或分配炉通过管道或浇包直接进行铸型的机械化浇注。工艺过程的生产率高，不低于熔剂下熔炼的生产率。该工艺应保证：—由于烧损、过滤网损失和浇道损失而引起的金属损失小。—熔融金属质量高，符合规定化学成分。金属杂质沾污小，非金属夹杂小，氢含量小，无熔剂夹杂，铸件晶粒细小，力学性能高。最后，合金的制备过程应不比现有过程昂贵。当异型铸造生产的规模不大时，熔融金属的熔化和补充处理均在一个坩埚内进行，这时可使用不同加热方式：气体加热，电加热等。熔炼可采用带罩钢坩埚，不需要密封。在熔炼过程中，为了将保护气体混合物通入坩埚，同时也为了通入气体进行熔融金属的精练和变质处理，需要安装带减压器和转子流量计的气瓶。当正确通入气体时，在坩埚内的熔炼平静地进行，不产生燃烧源。Mg-Al-Zn-Mn合金（MЛ5，MЛ5пч）必须仔细地精炼和变质。在无熔剂熔炼时，为了细化晶粒，采用含碳气体或金属中间合金。如果采用菱镁矿（MgCO3）作为变质剂的话，便会形成大量氧化物，这样就使合金被氧化物污染。形成氧化物的方式如下：MgCO3→MgO+CO2Mg+CO2→MgO+COMg+CO→MgO+C无熔剂浇注的试样和铸件的力学性能试验结果符合技术条件的要求。无熔剂熔炼获得的铸件具有高的致密性，且含氢两低。在熔剂下熔炼时的气体含量为25~30cm3/100g，而无熔剂熔炼时为12~13cm3/100g。符合标准要求的MЛ5пч合金的杂质含量应该是：Fe≤0.007%，Si≤0.08%，Cu≤0.05%，Ni≤0.001%。MЛ5пч合金的制备要求具备一定的生产文明。上述杂质中对耐腐蚀性特别不利的是铁和镍，因此，对这两种杂质更要进行严格控制。103 为了减少熔炼用坩埚材料中的铁杂质溶入合金中，在坩埚内壁和熔炼工具的表面上涂一层专门的熔炼涂料。如果采用熔剂熔炼的话，在使用熔剂的批量熔炼工艺中，熔融合金的铁含量会增加。在操作时，特别是在违反工艺过程时，也会有铁杂质落入合金中。在使用小容量坩埚熔炼时，铁含量增加的程度也很大，因为坩埚壁接触表面与单位容积之比加大。在保护气体介质中进行无熔剂熔炼法制备的MЛ5пч合金，可使合金中的氯离子量降低数倍，而这时的铁杂质含量或者降低，或者保持在原炉料水平，从而简化了合金的制备过程。添加镉、铷、钇的镁锆合金的制备也可采用保护气体气氛。当通入相应气体时，以出现沸腾气泡和由熔融金属表面逃逸的形式进行氢和氧化镁的吸收（H2—MgO络合物）。在采用六氟化硫代替熔剂时。铷、钇和其它稀土金属的损耗大大降低。在熔剂熔炼时钇的损失为35~50%，铷为10~15%。表1列出了保护气体介质熔炼的技术经济指标和熔剂熔炼的比较值。表1保护气体介质熔炼的技术经济指标序号1吨合格铸件指标熔剂熔炼保护气体熔炼效果1液体合金消耗，t5.04.5降低10%2坩埚中溶液的剩余量，%15~205~10降低1/2~/33熔炼合金烧损，%2.5~3.52.0~3.0降低10~20%4熔炼天然气消耗，m3100008000降低20%5熔炼电消耗，KW/h50004000降低20%6辅助材料消耗，Kg六氟化硫二氧化硫菱镁矿熔剂——5150~2501.8~2.70.9~1.3——镁合金的保护气体气氛熔炼和浇注工艺是一种节约资源的工艺，它可以减少金属烧损、稀土金属损耗、电能源消耗和熔炼时间，因此，经济效益较熔剂熔炼法好。另外，熔炼时不再使用熔剂（仅使用洗涤溶剂）可以消除熔剂腐蚀和提高合金的耐腐蚀性。而且，本工艺可获得具有高力学性能的任何镁合金铸件。（三）Mg-Li基合金及复合材料的制备工艺Mg-Li合金及复合材料,因其具有较小的密度、较高的比强度和比刚度、优良的减振性能和较好的抗高能粒子穿透能力，在宇航及兵器工业中显示出广阔的应用前景。Mg-Li基合金的研究始于40年代，从事研究的主要有美国、前苏联及德国等几个发达国家。美国已于60年代中期用于宇航及兵器结构件。80年代以来，随着宇航及兵器工业的发展，对超轻材料的需求更加迫切，对Mg-Li基合金及复合材料的研究更加得到重视，日本、印度、朝鲜、美国等国家相继开展这方面的研究。我国在这方面的研究刚刚起步，已引起国家有关部门的重视。Mg-Li基合金因其主要由高化学活性的Mg和Li组成，其熔化和浇注工艺较为困难，其复合材料的制备难度更大，必须采取特殊的工艺措施。本文概述了Mg-Li基合金熔铸工艺特点及其复合材料的制备工艺。1.原材料及辅料的准备与要求所用原材料Mg、Li、Zn、Al等工业纯金属及熔剂等要求杂质含量低，尤其是Na、K在Mg-Li合金中虽然含量很低，但在铸造凝固、冷却过程或时效处理中，易偏析于晶界，不仅显著降低合金的塑性，而且降低合金的强度，易引起沿晶界的脆性断裂。因此应严格控制。一般要求Na含量≤0.0025%。而Mg、103 Li、Al工业纯金属尤其Li中Na含量较高（0.06%），必要时可对原材料进行预处理（蒸馏法提纯）。此外，所用熔剂LiCl、LiF中也含有NaCl、KCl等杂质，也会增加合金中的Na、K含量。1.1原材料的形态Mg、Li、Al、Zn、Cd等常用工业纯料，熔点较高，在Mg-Li合金中固溶度较低，密度较大的合金元素（如Zr、Mn、Ce等）则常用Mg-X中间合金的形式加入，也可以化合物（通常为盐类）的形式加入，通过其与Mg-Li合金液反应生成合金化元素，此法可有效地减少元素的偏析和沉淀。1.2熔剂熔剂必须具有较低的熔点和较低的密度，以便形成连续致密的保护层，防止合金元素的氧化烧损，另外还需具有良好的与熔体分离的性能，以及对合金污染少等特点。熔剂的成分应根据合金的成分而定，对于一般的Mg-Li基合金，75%LiCl+25%LiF较为合适。当合金中Cd较高时，82%LiCl+18%LiF较好。熔剂的加入量取决于熔炼工艺和合金的熔化量，合金量少及单纯熔剂覆盖时，熔剂加入量应多一些，一般为炉料的35%。当合金量较大或有惰性气体保护时，熔剂量可降低。1.3浇注覆盖剂因Mg-Li合金化学活性高，在大气中浇注或在浇注后，铸件表面会严重氧化甚至燃烧，造成表面脱Li，因此必须采用相应的保护措施。常用的覆盖剂有石墨粉、石蜡粉和硫磺粉等。2.熔化设备及铸型熔化采用电炉或燃气、燃油加热，可用常规熔化设备。采用真空熔化装置时，充入惰性气体较理想。坩埚采用低碳钢或石墨材料，因铁和石墨（碳）在Mg-Li中溶解度较低，不易发生反应，坩埚的污染及合金的侵蚀均很小。为减少合金液与大气的接触面积，坩埚尺寸宜采用小口径大高度，柱形坩埚高度与直径比应大于3。在Ar气流保护下熔炼时，坩埚应附加密封盖，并安装搅拌器、热电偶及Ar气进出孔等。铸型和型芯不宜采用砂型和砂芯，因为SiO2易与Mg-Li合金反应造成粘砂等缺陷，通常采用铸铁型或石墨型。铸铁型应刷乙炔灰涂料，石墨型由膨润土粘结颗粒状石墨制备，其制备工艺与砂型相似。浇注时铸型应预热止120℃左右。当在Ar气流保护下浇注时，铸型上应附加一带有氩气进出口的密封盖。3.浇注系统设计高化学活性的Mg-Li合金浇注时应尽量避免合金液的飞溅及紊流，保证充型平稳，以减少元素的烧损及氧化夹杂的卷入。因此宜采用底注式开放型浇注系统，而且应尽量缩短浇注时间。采用低压铸造工艺是生产Mg-Li合金铸锭及铸件的较好方法。4.Mg-Li合金的熔炼Mg-Li合金的熔化工艺按保护条件可分为三种：熔剂法、惰性气体保护法及双重保护法。4.1熔剂法其一般工艺过程如下：熔化熔剂以去除熔剂中的水分→加入镁及除锂以外的合金元素并熔化→以钟罩压入法加入纯锂并适当搅拌→过热到适当温度静置，使熔剂与合金液充分分离→浇注成形。为避免浇注时熔剂及渣等沉淀物混入铸型，可采用坩埚底部设置集渣包并与浇注前加入一多孔挡板的方法。熔剂法的特点是设备要求低，操作简便成本低，适于大批量生产。熔剂除起到覆盖保护作用外，还能除渣。对于高熔点、大密度合金元素可以盐的形式与熔剂一同加入，从而避免了以纯金属或中间合金加入时因熔点高及密度大而易沉于坩埚底部及成分不均的问题，具有独特的优点。但熔剂隔绝合金液与大气的效果较差，合金元素尤其是锂的烧损较大，易带入Na和K等有害元素。4.2惰性气体保护法103 一般与真空熔炼装置结合，先将炉料置入坩埚并放入真空炉中，密封、抽真空，然后充入氩气，在氩气下熔炼。也可在熔化坩埚上设计一密封盖，在连续的氩气流保护下熔炼。该方法的优点是合金元素烧损少，Na和K等杂质元素少，但合金液中的夹杂物较难除去。4.1双重保护法该方法的特点是在氩气保护下，采用少量的熔剂，综合熔剂覆盖法和惰性气体保护法的优点，从而获得质量较好的铸锭或铸件。1.Mg-Li合金的精练在Mg-Li合金熔炼过程中，一般不采用精练工艺，但当合金中Na和K含量较高或对性能要求较高时，为降低Na和K含量，同时减少气体及夹杂物含量，精练又是必要的手段。常用的方法是氮气或氩气吹入法及石墨棒吸附法。但Mg-Li合金的精练工艺仍不完善。有待于进一步研究。6.复合材料的制备工艺关于Mg-Li基复合材料制备工艺的报道最早见于1969之后，尤其是80年代以来开展了进一步的研究。其主要制备工艺有：真空浸渗法、压力浸渗法、薄膜冶金法及粉末冶金法等。6.1真空浸渗法其工艺过程为：将增强纤维装入钢管中→钢管一端用Mg-Li基体合金密封，而另一端接真空泵→将密封端插入过热到适当温度的Mg-Li基体合金液中，同时开启真空泵，保持适当时间，以确保基体合金与增强钎维的良好结合。6.2压力浸渗法该方法是比较常用的方法。其工艺过程为：置备增强钎维或颗粒的预制块→将预制块放入铸型中，炉料装入其上部加热器中→加热熔化并将其过热到适当温度→推动滑板使合金液进入铸型中，同时用压塞加压并保持一定时间（保压时间应大于凝固时间）。整个操作过程都是在氩气保护下进行的。6.3薄膜冶金法其工艺过程为：铸态棒料切片→交替进行冷轧和退火（130℃，0.5h）或100℃热轧，使之总变形量达到170：1~1200：1→切成规则小片→将其一侧涂增强颗粒（如B4C）涂层→常温下干燥→将小片顺序堆叠→在180~230℃及0.4~0.9MPa压力下进行热压合。三.镁及其合金的铸造镁合金铸件几乎都可以用传统的重力和压力铸造方法进行生产，如：砂铸法，永久模铸造法，半永久模和壳型铸造法；熔模铸造法和压铸法。对于特定部件的铸造方法的选择取决于所要求的部件的外形、用途、所需要的性能、所需的铸件的数目以及合金的可铸性。本文主要讨论合金的种类以及适合于铸造镁铸件的各种重力铸造方法。1.铸造合金：许多镁基合金都可用来生产铸件，砂型（和熔模）铸件可用现有的所有合金进行生产，但并非所有的合金都适合于用各种铸造方法进行生产。例如，用永久模铸造的合金在数量上不是很多，而能用压铸方法生产的合金更加有限。用于砂铸、熔模、永久模铸造的合金的额定化学成分在表1中给出，表2-5给出了典型和最小的抗拉性能。虽然用于压铸的合金不是很多，但目前较多地使用铝-锌-锰系合金（例如AZ91类，特别是高纯级别的AZ91E）。压铸件大量的、日益增长的用途是汽车市场。已经发现，各种类型的镁铸件使用在许多工业用途中，尤其是要求轻便、刚性好的那些部件，如链式锯的锯体，计算机部件，摄象机外壳，以及一些手提式工具和装置等。1.1砂铸合金103 镁合金砂铸件因其重量比铝和其它材料轻的多而使用在航空工业中，有关这些合金的大量研究和开发工作，与早期的AZ系列合金相比较，在一般性能方面已经取得了一些惊人的改进。虽然用于航空工业的大量镁铸件已经，而且目前仍然在有序生产，但这仅仅是传统的镁-铝-锌系合金，而其趋势是朝着用较新的锆系合金生产航空铸件的方向发展。通常，虽然镁-铝和镁-铝-锌合金容易铸造，但它们被限制在一定的范围内。砂铸时这些合金会出现显微缩孔，而且不适合于温度高于95℃的环境使用。为了克服这些缺陷，开发了镁-稀土-锆合金。例如，砂铸ZE33A合金事实上的确显示出了良好的压力密封度。含锆合金容易氧化的问题通过采用专门开发的熔化工艺来克服。起初开发的ZK51A和ZK61A两种镁-锌-锆合金显示出较高的机械性能，但却具有热脆裂纹的缺陷，而且不可焊。因此，这些合金的用途已被中断。表1用于砂铸、熔模和永久模铸造的镁铸造合金的额定化学成分化学成分%合金牌号AlZnMn稀土元素YZrAM100A10.0…0.1min………AZ63A6.03.00.15………AZ81A8.00.70.13………AZ91C9.00.70.13………AZ91E9.02.00.10………AZ92A9.02.00.10………EQ21A(ab)………2.0…0.60EZ33A…2.7…3.3…0.60QE22A(a)………2.0…0.60WE43A………3.44.00.70WE54A………3.5(d)5.250.50ZE41A…4.2…1.2…ZE63A…5.7…2.5…0.70ZK51A…4.6………0.70ZK61A6.0………0.70（a）这些合金还含有银，在QE22A中为2.5%，在EQ21A中为1.5%。（b）EQ21A还含有0.10%铜。（C）平衡2.0-2.5%Nd，加最大或1.9%的其它稀土元素。（d）除1.75%Nd外还含有1.75%其它重稀土元素。变形镁合金牌号对照相应牌号中国欧共体ISO日本俄罗斯美国德国法国英国MB1MgMn2—MAG-101——MA1—MB2MgAl3ZnG-A3Z1MAG-111Mg-Al3Zn1MnMj1MA2AZ31BMB5MgAl6ZnG-A6Z1MAG-121Mg-Al6Zn1MnMj2—AZ61AMB7MgAl8ZnG-A8Z—Mg-Al8Zn1MnMj3MA5AZ80AMB15—G-Z5ZrMAG-161Mg-Zn6ZrMj6MA19ZK60A注：相应牌号只是指化学成分接近，并不是完全相同。j可为：P，T，B，S。对于正常的、完全适中的温度范围（高达160℃），ZE41A和EZ33A103 合金正在寻求最大的用途。这些合金的可铸性非常好，而且可以用来制造相当复杂的非常令人满意的铸件。另外，这些合金还具有只需在T5状态进行热处理的优点（沉积时效）。为了在较高的温度下（高达205℃）保持高的机械性能，当在某些航空发动机的应用中提高要求时，Th代替了ZE和EZ合金系中的稀土金属含量，从而产生了象ZH62A和HZ32类合金。这些合金不但改进了高温下的机械性能，而且保持了良好的铸造性能和焊接性能。但是，含Th合金显示出较大的氧化趋势，在熔化和浇注时要十分小心。同时还要注意操作这些合金和清除其副产品时该合金系中存在的轻微的辐射问题。表2砂铸和永久模铸件的典型抗拉性能抗拉强度拉伸屈服点延伸率%合金状态MpaksiMpaksi50.8mm(2in.)AM100AF1502283122T427540901310T627540110164T6127540120221T726038125181AZ63AF2002997146T427540971412T520029105154T627540130195AZ81AT427540831215AZ91CF1652497142.5T427540901315T627540145216AZ91ET627540145216AZ92AF1702597142T427540971410T517025115171T627540150223T727640145213EQ21AT623534170252EZ33AT516023110162K1AF1802655819QE22AT626038195283WE43AT62503616223.52WE54AT625036172252ZC63AT621030.5125184ZE41AT520530140203.5ZE63AT6450651952810ZK51AT520530140243.5ZK61AT53104518527…T6310451952810进一步的开发是改进QE22A合金的室温和高温机械性能，在该合金中，用银取代部分锌，由于含锆晶粒细化和将合金热处理到完全T6状态（固溶热处理，水淬并沉积时效）而获得了较高的机械性能。然而又出现了一些其它问题，Th的加入对环境有害，银的价格近年来非常不稳定，因此，选择合适的合金类型存在着大量的开发和研究工作。本研究所产生的最新合金是与其它稀土金属（WE43A和WE54A）组合在一起，取代钍（Th）和银(Ag)的含钇（Y）合金。这些合金有较好的高温性能，其耐腐蚀性几乎与高纯镁-铝-锌系（AZ91E）合金一样好。WE43A合金可以在长时间暴露于250℃的环境中使用。然而，WE54A合金长期（10000h）暴露于150℃会损坏其延性，但该合金可在赛车中使用，因赛车可避免暴露于高温。103 用熔模铸造的合金非常类似于使用砂铸法铸造的合金。1.2永久模铸造合金一般来说，通常用砂铸的合金也适用于永久模铸造，但镁-锌-锆类合金（如AZ51A和ZK61A）例外，因为这类合金显示出较强的热脆趋势，所以不适合于用该方法铸造。表3砂铸试样所要求的最小抗拉性能抗拉强度拉伸屈服点延伸率%合金状态MpaksiMpaksi50.8mm(2in.),AM100AT62413511717(a)AZ63AF1792676114T42343476117T51792683122T623434110163AZ81AT42343476117AZ91CF158237611(a)T42343476117T51582383122T623434110163AZ91ET623434110163AZ92AF158237611(a)T42343476116T5158238312(a)T623434124181EQ21AT623434172252EZ33AT51382097142K1AF1652441614QE22AT624135172252WE43AT621731.5152222WE54AT625537179262ZC63AT619328125282ZE41AT520029133192.5ZE63AT627640186275ZK51AT523434138205ZK61AT627640179265根据ASTM标准B80-91.(a)不要求表4永久模铸造试样所要求的最小抗拉性能抗拉强度拉伸屈服点延伸率%合金状态MpaksiMpaksi50.8mm(2in.)AM100AF138206910(a)T42343469106T623434103152T612343411717(a)AZ81AT42343476117AZ91CF158237611(a)T42343476117T51582383122T623434110163103 AZ91ET62343411016…AZ92AF158237611(a)T42343476116T5158238312(a)T62343412418(a)EQ21AT62343417225…EZ33AT51382097142QE22AT624135172252根据ASTM标准B199-87.(a)不要求。表5熔模铸造试样所要求的最小抗拉性能抗拉强度拉伸屈服点延伸率%合金状态MpaksiMpaksi50.8mm(2in.)AM100AF138206910(a)T42343469106T623434103152T72343411717(a)AZ81AT42343469107AZ91CF124186910(a)T42343469107T51382076112T623434110163AZ91ET623434110163AZ92AF138206910(a)T42343469106T5138207611(a)T62343412418(a)EQ21A23434172252EZ33A1382096142K1A1522248714QE22A24135172252ZK61AT627640172255根据ASTM标准B403-90.(a)不要求。2.铸造技术2.1砂铸砂铸件可用各种各样的合金进行生产，其重量从几盎司到多达1400公斤。砂铸件的成功生产变成了只有当防止金属模发生反应的方法开发出来之后才成为可能。这一目的已通过向制造模和模芯使用的混合砂中添加适当的抗氧化剂而达到。这些抗氧化剂包括如下物质（单独使用或组合使用）：硫磺、硼酸、氟硼酸钾和氟硅酸铵。防止金属模反应必须添加到砂中的抗氧化剂的量取决于砂子的潮湿程度。初始的方法称作生砂法，靠添加水激活砂中存在的天然粘土或使用南部或西部的膨润土粘性物品粘结。通常要把二甘醇加到后一类混合物中，一则可以使其需要的水量达到最小，二则可以预防砂子烘炉。在这些生砂混合物中，水的含量可在2.0~4.0%的范围内，因此需要相应高的抗氧化剂含量。另外，抗氧化剂的量还取决于浇注温度、要铸造的合金种类、以及铸件的断面厚度。浇注温度越高，反应能力就越大，所需的抗氧化剂添加量也就越多。铸件断面越大，冷却速率越低，抗氧化剂，特别是更易挥发的抗氧化剂，更容易从模的表面损耗，因此，必须从离大断面一定距离的模区补充。103 生砂模压法目前仍广泛地用于制造各种砂铸件，虽然有一定的局限性，但较为经济，因为砂子可以二次使用。为了二次使用砂子，首先必须使砂子的湿气、抗氧化剂和甘醇复原，然后把这种砂子混合物适当粉碎。使用现代化学粘结的砂子无昂贵粘结剂材料的损耗。由于砂子混合物要输送到使用地点，通常要使用混砂装置。模压砂：在生产各种规格铸件的大多数镁铸造中，模压砂和抗氧化剂的种类及其数量通常要调整到适合铸造最大断面的要求。模砂必须有高的透气性，允许产生的模气逸出，远离金属模表面（美国铸造协会的标准为60~90）。不幸的是，这些较粗的砂子容易产生粗糟的铸造表面，因此要在良好铸造表面和排泄模气之间进行选择。为此，所用砂粒应比较粗，这一点特别重要，因为大多数添加剂容易降低透气性。通过芯体的自然排气必须采用在芯内另钻排气孔道的办法来扩大。这些孔道务必能借助于型芯座迅速将气体排出模外。有时还要对这些气体进行辅助排放。小模使用天然粘结砂相当令人满意，但必须倍加小心地进行控制，因为其粘性含量较高，均匀性较差。使用人工混合砂获得了越来越一致的效果。用冲洗和径选过的硅砂，通过仔细控制西部或南部膨润土添加剂就可获得粘性。这两种膨润土的基本性能差别很大，通过结合使用和控制拌合，便可获得理想性能的最佳平衡。西部的膨润土具有好的刚度（高未烧结强度和低变形的结合）。因为这些生砂混合物要再使用，其湿度、抗氧化剂等可能要发生损耗，所以在每次再粉碎时必须使这些物质复原。对旧砂经常定期的性能和成分试验是必不可少的，粉碎也必须在控制的基础上进行。表6给出一些模压砂的成分和典型性能。这些模压砂混合物的变种也成功使用，它们采用一种把油作为粘结混合介质的改进的膨润土。表6镁模压砂的典型成分和性能组成英国美国或性能人造天然人造半人造粘土…8……………11膨润土4…33-743335湿气23/45-621/2-31/211/2-21/221/4-31/421/211/4-21/4321/2-3硫磺4641/211/4-21/423211/23硼酸1/20.30.31/42…11/211/2…氟酸钾……………11/2…1/211/2二甘醇0.1…1/41/2-11/43/421/21/311/23/4压缩强度（生砂,kpa(psi)）55-69（8-10）69-90（10-13）76-103（11-15）48-76（7-11）55-83（8-12）55-69（8-10）62-83（9-12）69-83（10-12）55-6（8-10）透气性（生砂）10030-4080-100120-1805090-15080-9080-100100-140注：成分按百分比给出。对这种变种混合砂全部性能和添加剂的控制与用传统生砂法一样重要。为了排放燃烧油烟，使该方法在环保方面符合现行标准，必须进行更加有效的排气。所选择的砂子混合类型实质上主要取决于所使用的模压方法和要生产的砂铸产品。103 生砂模压法的优点和缺点生砂模压法是砂铸方法中最便宜的方法，每次粉碎砂子只需少量的添加剂，而且没有必要为回收砂子而使用昂贵的再次选分系统。但是，这种方法不适宜生产非常复杂的铸造部件，也不能生产目前许多用途所要求的满足其尺寸精度等级的铸件。所幸的是，这种制模和制芯领域的技术已经改进，可以迎接这些挑战。首次突破是在第二次世界大战期间，那是用来制造壳型芯和模的壳型模压法（也称为壳型铸造法）的发展。几乎同时，二氧化碳/硅酸盐法开始普遍使用，这两种方法改进了铸件的质量和尺寸精度，而且，砂芯断裂的特性也由早期的油砂芯大大改进。二氧化碳/硅酸盐法（最初是为制芯而开发的）用来制造大大改进尺寸精度和断裂性能的模。用二氧化碳/硅酸盐法铸模排气后存在的潮气比用生砂法低的多，因此可以大大减少抗氧化剂的添加量。在二氧化碳/硅酸盐方法中，由于二氧化碳通过位于芯箱中的模芯而使砂子全部硬化，这就排除了使用油砂而出现的大部分变形，并可大大节省能量。这些模芯还可制好后马上放在模中使用。后来又有一些进一步的改进，其中包括各种化学自凝固法（如用酚醛树脂、尿烷树脂、呋喃树脂和环氧树脂凝固模子的砂芯）或气体硬化法（如用空气、二氧化碳、二氧化硫硬化模芯）的使用。这些材料和方法上的改进基本上已能使铸造工业生产出复杂铸件，如图3和图4。图4给出的飞机齿轮箱外壳是一个用呋喃树脂化学凝固方法制造的ZE41A-T5合金砂铸件。它的构造中含有56个芯，其中一些是形成复杂油管轮廓的小直径的芯。这些芯的正确定位和在这种铸件中的薄壁断面只能用这种方法进行制造。铸件的凝固速度可以通过局部使用金属间冷却物或锆砂而增加，这样有助于在铸件中产生一种最佳凝固方式。业主的喷射液适合于熔融镁合金，通常用来增加模的表面硬度，从而可减小熔融金属的冲击作用。两片模之间的间隙可用业主的模芯粘结材料密封，以防金属泄露或铸造时打火花。小型模焊炬用非氧化型乙炔火焰，它能使碳沉积在金属接触面上，提高流动性。2.2熔模铸造镁合金铸件的整个历史，包括非常复杂的铸造部件的结构、壁厚非常薄的断面、良好的表面光洁度、以及所获得的严格的尺寸公差，均成为熔模铸件的市场需要。正如前面所叙述的，现代砂铸和熔模铸造之间的差距已变的相当小。用砂铸法生产的合金同样可以用熔模铸造法进行生产。但是，熔模铸造法仍能比砂铸法生产出尺寸公差精确，断面壁厚较薄的铸件。熔模铸造法的缺点是需要进行设备投资和固定每次铸造铸件的费用。另外，对生产铸件的规格也有很大的限制范围。2.3永久模铸造永久模铸造方法的特征及使用范围：●当部件的结构在该方法的能力范围内时，应考虑使用该方法。永久模铸造有两种主要类型，金属芯（永久模）或可毁坏的砂芯（半永久模）。通常不能由砂铸法获得的规格或复杂性。●模可以二次使用是较之砂铸法一个非常大的优点。但是，由一个给定模所要求的铸件总数必须能分期偿还模和其它方面的较多的初始投资。●通常，表面光洁度和尺寸公差要好于砂铸件的。●该方法的明显缺点是模一旦制成，铸件的结构或运行系统的改造范围便很小。●几乎所有能够砂铸的合金都适宜于该方法。除不含稀土元素的（ZK61A）外，这种合金非常热脆，而且被认为在永久模中不可铸造。如果采取各种措施来改变在其它合金中普遍存在的这种热脆倾向的话，就可经济地生产各种镁合金铸件。使热脆断裂的影响达到最低限度所应采取的措施包括适当抽引的措施，当抽取金属芯时，务必十分小心，不能把不适当的应力施加于热铸件上。当使用两个或两个以上芯时，应该同时抽取。103 永久模铸造法对一些可铸形状的复杂性实际上还存在着一定的局限性，尤其不能生产那些深缘和装芯复杂的部件。一般来说，由于该方法凝固较快，所以其机械性能要好于砂铸件。低压压铸法：这种方法所使用的金属模基本上类似于永久模铸造中所使用的模，两种方法之间的主要差异在于在低压法中熔融金属是在低压下从下部进入模中。其凝固的方式是相反的。目前，这种方法普遍用来制造高质量的汽车齿轮。2.4其它铸造方法挤压铸造法也已经用来由现有镁铸造合金制造高质量铸件，并生产镁合金用其它方法不能成功生产的铸件。另外，镁合金还能用半固态成形法模压成形。该方法提供了甚至比高压压铸法更便宜的生产高质量细粒状产品的机会。四.镁合金铸造生产方法实例（一）采用低压浇铸系统的砂型铸造方法—日本神户钢铁公司1.引言在镁合金铸件中往往会出现氧化物夹杂和显微缩孔这样的缺陷。氧化物夹杂是由不完全浇注系统引起的紊流所导致的。神户钢铁公司研制出一种低压浇注系统可以有效的预防镁合金砂型铸件中氧化物的产生。该系统已用来生产优质铸件，而且收到了良好的效果。显微缩孔是由于镁合金在很高的温度范围以上凝固未补缩而产生的。神户钢铁公司研制出一种CASTEM（铸造分析系统），该系统可以模拟分析铸件的凝固过程，还能计算和预测显微缩孔缺陷的位置，因此便能迅速提高铸件的质量，缩短试验周期。低压浇铸系统和CASTEM对大体积的、形状复杂的、薄壁优质铸件非常有用。2.典型用途表1给出用低压浇铸系统铸造的典型产品。表1用低压浇铸系统铸造的典型产品合金项目用途重量（千克）尺寸宽´长´高（毫米）照片航空器QE22A上机壳直升飞机21.0570´800´1501下机壳直升飞机38.0570´800´3002传动箱航空器7.5400´700´150ZE41A挡风罩航空器4.0880´1,050´2303后弓架结构航空器3.0320´850´3204传动箱航空器11.5650´300´1705EZ33A变速箱航空器4.2f330´280输入箱航空器7.0f200´1906AZ91C下部箱体直升飞机75.0750´800´600轴承支架直升飞机21.0f700´150其它EZ41A机壳TV摄象机4.3f230´4607，8AZ91C车轮摩托车7.6f470´1309，10ZK41车轮汽车3.96内壁´13内壁116.27内壁´16内壁103 照片1和2显示了直升飞机用的QE22A合金传动箱，这是首次采用低压浇注系统用砂型铸造法制造的产品。由于含有稀土元素，熔融的QE22A合金易发生氧化作用。照片1由QE22A合金制造的直升飞机传动箱上部箱体照片2由QE22A合金制造的直升飞机传动箱下部箱体在研制生产QE22A合金传动箱的初期，有一段时间采用的是重力铸造工艺。但是由于产品中存在大量氧气物，发现此种工艺不合适。这就促使了低压浇铸系统的研制开发，最终使铸造无氧化物的优质产品成为可能。照片3和4显示由ZE41A合金制成的防风框架和后弓形架，这两种产品的市场需求目前正在增加。通过使用低压浇铸系统和KPS（神户精密砂型铸造），已经开发出了以上两种产品。再经过T5热处理即可获得优良的机械性能。另外，此种产品的重量较轻，而且生产成本也显著降低。照片3由ZE41A合金制成的飞机防风框架照片4由ZE41A合金制成的飞机后弓型架照片5是一个ZE41A合金飞机箱体的模型。该产品有许多窄的相互交错的直径为f5-f7毫米的通道，因为这种模芯模体的排气是该方法的关键，因而使用了一种特殊的方法。照片5装备有排气芯的飞机箱体模型照片6是一个飞机CSD（匀速飞行）用的ZE33A合金输油箱。它上面相互交错的输油管与照片5中箱体上的管道相似。照片6由ZE33A合金制成的飞机匀速飞行输油箱直升飞机用的AZ91C合金下部箱体是一个大的、断面较厚的铸件（宽570´长800´高150毫米，厚9.5-50毫米，铸件重量75千克），在日本以前从未生产过该产品。它是用特殊的冒口系统制造的。直升飞机用的轴承支架是由AZ91C合金制造的，具有直径变动范围为8-12.7毫米，长度为1.6米的环形输油管道。铸造过程中要保持该产品尺寸的精确性是非常困难的，因为金属浇铸期间它的输油管道遇热后容易变形成为椭圆形。照片7显示由ZE41A合金制成的TV摄象机机体。传统上，TV摄象机机体用AZ91C合金制造，但它已被ZE41A合金取代，因为ZE41A合金优良的铸造性能可使摄象机机体更轻、更薄。照片8显示的是组装好的TV摄象机机体。照片7由ZE41A合金制成的TV摄象机机体照片8组装好的TV摄象机机体照片9是H.R.C.摩托车用于抗磨强度竞赛的AZ91C合金车轮。这种车轮很轻，辐条很薄，厚度仅为3103 毫米，但是它们却具有很高的刚性。照片10显示装有此种车轮的HVF750摩托车。照片9由AZ91C合金制成的进行抗磨竞赛的H.R.C.摩托车齿轮照片10装有AZ91C合金齿轮的HVF750摩托车照片11显示的是汽车车轮。这些车轮用ZK41合金制造，使用低压浇铸系统在永久铸型中铸造。照片11ZK41合金汽车车轮1.应用了低压浇注系统的产品的特性下文叙述用低压浇铸系统生产的产品与用重力浇铸方法生产的产品特性之间的比较。3.1荧光透视检测照片12显示对直升飞机用QE22A合金传动箱，其表面经加热的铬酸预先处理后进行荧光透视检测的结果。这种预先处理可使对氧化物的检查更容易。重力铸造产品由于混入氧化物而导致产生诸多缺陷，而低压浇铸系统铸造的产品则几乎没有类似缺陷。X5.5照片12对QE22A合金传动箱荧光透视检测的结果照片13显示在重力铸造产品中通过荧光透视检测检查到的氧化物的显微组织。同时还显示了用C-射线分析的这些氧化物能量分散的结果。除了氧化镁，还检查到镁-稀土元素-银-锆体系的氧化物。这些氧化物被称为“层状氧化物”。照片14和15显示在EZ33A合金中存在氧化物。照片13对重力铸造产品荧光透视检测的氧化物显微组织照片14显示氧化物的显微组织。照片15显示通过电子显微镜扫描观测到的断裂面。照片14EZ33A合金层状氧化皮显微组织照片15在电子显微镜下检查到的层状氧化皮结构综上所述，含有稀土元素的合金容易产生除氧化镁之外的其他氧化物夹杂，在重力铸造过程中很难完全避免这些杂质的产生。相反，低压浇铸系统则可以非常有效的防止氧化物夹杂的产生。3.2机械性能图1显示对照片1中由QE22A-T6制成的传动箱进行抗拉测试的结果。与用重力工艺铸造的产品相比，低压浇铸系统铸造的产品其延伸率数值更高。图2显示这些产品的疲劳强度。用低压浇注系统生产的产品，其平均疲劳强度为11.0千克力/毫米2，约是用重力铸造方法生产的产品疲劳强度（平均6.3千克力/毫米2）的1.8倍。这是因为低压浇铸系统防止了氧化物夹杂103 的形成，因而提高了QE22A合金的机械性能。图1QE22A合金传动箱体的机械性能图2由QE22A合金制成的传动箱体的疲劳强度所有这些分析都显示，低压浇铸系统可以防止易于出现在镁合金中的氧化夹杂的产生，并且显著提高了镁合金的机械性能。对于容易发生氧化物夹杂的含有稀土元素的合金，这种影响甚至更为明显。4.铸造技术的特点4.1低压浇铸系统的概述在重力铸造方法中，镁合金易于产生氧化物夹杂。这是由于熔融金属经浇注系统落入紊流中时吸入空气所致。在铸口、浇道和浇口的底部安装不同的过滤器，以防止金属熔液经浇注系统注入产品模穴时形成氧化物。但是，如果浇口太高或熔融的金属注入浇注系统所需时间太长，就会产生大量的氧化物，过滤器也不能完全滤去。相反，在低压浇铸系统中，金属熔液从模具的底部进入，在模具中上升，因此，可以避免发生在重力铸造系统中伴随着金属熔液的下落作用而产生的紊流。这样金属熔液就可平稳的流过浇注系统，注入模穴。下面描述的是使用低压浇铸系统铸造的镁合金砂型铸件的特点。（1）因为可以根据铸件的形状自由选择浇铸温度、浇铸速度和压力，因此能够获得最佳的铸造状态。图3显示一个压力控制曲线图的实例。（2）通过使用凝固分析系统CASTEM（铸造分析系统），可以获得较少收缩性缺陷的铸件。（3）使用KPS即可获得高尺寸精确度的铸件。图3低压浇注系统的增压图稳定的铸造需要根据铸件的尺寸、形状和厚度，在铸造前就确定最佳的铸造速度和压力。根据以往的经验，铸造产品尺寸的变化范围从3千克到最大350千克。以这些过去的铸造数据为基础，即可为每个铸件确定最适宜的铸造速度。另外，最近新研制出一种系统，只要输入铸件的重量，它就会自动给出精确的最大铸造压力值。该系统在预先确定铸造压力方面被证明是非常有用的。4.2CASTEM技术的应用对铸件凝固过程的定量概括在制造无铸造缺陷和消除试验性铸件的产品中起着非常重要的作用，因而提高了生产率。由于不经过实测程序即可得到丰富的数据，以数字计算为基础、模拟凝固作用的模型已作为一种有效的手段引起了研究人员的关注。第一次研制的这种CASTM系统，其凝固作用分析程序适用于那些显微缩孔缺陷非常常见的镁合金铸件。通过将CASTM与低压浇铸系统结合，即可生产出优质的铸件。103 CASTM的特点如下：（1）CASTM是一个利用有限元法进行控制的凝固/热分析系统。（2）收缩孔发生的部位可以通过临界固态百分率、温度梯度、和固态百分率梯度法进行预先测定。（3）CASTM也适用于薄的、复杂的砂型铸件和重力压铸件。（4）CASTM适用于模重复使用的压铸。应用CASTM系统分析的实例如下：[例1]通过由AZ91C合金制造的直升飞机柱形框架的生产，对该低压浇铸系统进行了分析。图4给出用传统方法铸造所产生的网格图。图5描绘了固态占45%比例时的凝固过程。图6显示温度梯度断面。在此方法中，由于金属的不完全供给使铸件上部产生了封闭的洞穴，从而导致收缩性缺陷。用CASTM分析铸造过程，并由此显示通过对冒口的额外冷却和绝热，即可避免收缩性缺陷的产生。如图7和图8所示。图4铸造AZ91C合金产生的网格图图5固体45%时的凝固过程图6固体45%时的温度梯度断面（传统方法）（传统方法）图7固体45%时的凝固过程图8固体45%时的温度梯度断面（改进后的方法）（改进后的方法）[例2]下面描述的是用凝固分析方法检查特定铸件冒口形状适当性的例子。其铸造产品是一个由ZE41A合金制成的齿轮传动箱，如照片5所示。如图9所示，所分析的断面是连接上下壁断面的厚断面部分。图9（a）显示固态占45%比例时的凝固过程。可以断定，最初使用的方法可能会产生收缩性缺陷。但当冒口形状如图9（b）中所示时，未形成封闭洞穴，得到了优质铸件。图9固体45%时的凝固过程利用方法a和b分别得到的铸件显示，a铸件几乎在与分析预测的相同部位形成有收缩性缺陷，而b铸件则没有缺陷形成，正如所分析预测的。图10示出铸件的三维凝固过程。图10铸件的三维凝固过程5.结论与以往的方法相比，最近研制出的用于镁合金砂型铸件的低压浇铸系统和凝固分析方法，更能确保优质铸件的稳定供应。103 对大型的、复杂的和薄壁的铸件，证明以上两种方法是非常有效的。随着市场对镁合金铸件需求的增加，预计这两种方法会有利于大大提高镁合金铸件质量的可靠性。（二）镁合金Showa热顶铸造法的应用——日本1．简介用轧制或挤压镁合金生产的产品很少。这就限制了对镁的使用，尽管它在许多重要的机械和物理性能方面比其它金属优越，但同其它金属相比，往往是由于它所牵涉到的成本很高。成本高的第一个原因是加工镁合金的生产率低。由于镁是一种活性金属，镁合金不象铝合金，不能进行多股（30~80根坯料）同时铸造。这样，一次只能铸造少量铸坯。第二个原因是铸锭的刮光损失较大。铸锭表面质量差，对挤压产品有不利影响，除非事先对它们进行刮光，损失大量的金属。第三个原因是，小直径锻造棒要通过高成本挤压工艺获得。另外，型材的挤压要求专门的挤压机，结果，生产成本较高。根据这些情况判断，如果镁合金坯料能以低成本进行生产的话，镁便可以进行扩大使用，我们为此目的研究开发一种气压型热顶连续铸造工艺（Showa工艺）。该工艺已经证明在提高生产率和改善表面质量方面很有效，而且已经被国内外铝锭生产商顺利接受，目前这些生产商正在许可的情况下使用该项技术。这一研究表明，Showa工艺可适用于镁合金连续铸造，并能使铸造操作稳定和生产具有光滑表面的坯料。期望该工艺能在镁合金挤压坯料的多股铸造中使用。另外，我们预计，该工艺能够通过减少所要求的刮光量和提高生产率来从实质上降低成本。某些镁冶炼厂已经在考虑把该工艺应用到他们的生产中。在日本铝工业中，已经采用旁路挤压工艺的小直径铝棒的热锻目前正成为主流方法。为此，我们估计了把镁合金转变成小直径棒而不经过挤压工艺的可能性。本文将讨论通过Showa工艺获得的小直径镁合金棒的质量和可热锻性。2．用Showa工艺铸造镁合金2.1铸造机图1是用于镁合金连续铸造的Showa工艺的原理图。铸造机由一个模子、一个安装在模上的水箱和一个在保持铸锭（棒）的同时向下移动的底块（图1中未显示）组成。图1Showa工艺的一般原理模子是用铜做的，深度不超过1-2英寸，用水穿过模子进行冷却。当铸锭从模子落下时，水从模子的底部排放，沿着铸锭的方向连续冷却。因为前箱是用绝热耐火材料做成的，所以熔融金属可以保持在模中。因此可以在不需使用任何特殊装置（例如虹吸管或泵）的条件下从模连续提供熔融金属。前箱的内径小于模子的内径，可从模子内部向外推出。由于熔融金属是靠静压力沿着模壁方向推动的，用压力把气体从外面引入到由模的内表面与推出模子内表面的前箱底表面的部分形成的夹角便能引起熔融金属向后推动，这样就减缓了熔融金属接触模的力。用于施加压力的气体是SF6。为减小由熔融金属和模之间的摩擦引起的阻力，应从模子的上周边连续加一种润滑剂。使用的润滑剂是蓖麻油。在铸造过程中，为了防止镁氧化和燃烧，在熔融镁的表面上连续引入含10%SF6气体的CO2气体。2.2铸造表面和金属组织103 AZ31合金棒是在表1中详细叙述的铸造条件下铸造的。为检查它们的宏观组织，这些棒未进行晶粒细化处理。发现铸造工艺非常稳定，而且未出现故障。表1铸造条件（AZ31合金，62毫米直径）铸造速度150毫米/分钟熔融金属温度680oC冷却水流速25升/分钟油流速4毫升/分钟气体流速2.0升/分钟铸造表面如照片1所示。在a）中使用了气体压力，获得了非常光滑的表面，而且表面上未出现滞塞或熔析。在b）中未使用气压，获得的铸造表面在熔融金属和模子之间有滞塞。在照片2的a）中使用了气压，有羽毛状晶粒均匀增长，它们开始于棒的外层，向棒的中央扩展，而在b）中，有滞塞的表面，羽毛状晶粒的增长中途停止，形成一部分与棒的内部不同的组织。在棒的亚表面观察到的显微组织图如照片3所示。在a）中，亚表面分离层的厚度约平均为100微米，某些部分的厚度为零，而在b）中，有滞塞的铸造表面，其厚度深达300-800微米。这些结果与铝合金相同情况下的结果相同，这表明，使用Showa工艺能够使刮光的量非常小甚至为零。a）使用气压b）不使用气压照片1用Showa工艺铸造的棒的表面（AZ31合金62毫米直径）a）使用气压b）不使用气压照片2棒的宏观组织（AZ31合金62毫米直径）a）使用气压b）不使用气压照片3棒的亚表面显微组织2.3气压应用机理为了弄明白如何通过应用气压使铸造棒的表面光滑的原因，直接观察了熔融金属在模子中的凝固过程。所采取的步骤是：通过停止底块向下移动的方法，中途停止用AA6063铝合金铸造的6英寸（156毫米）直径铸锭的铸造，并立即把一种示踪剂加入模中的熔融金属里。在金属凝固之后，将铸锭沿其中心线沿纵向切开，通过侵蚀便可获得由示踪剂引起的凝固断面。这样获得的铸锭的铸造表面如照片4所示。在a）中，采用了气压，获得了光滑的铸造表面，而在b）中，没有采用气压，获得的是一个有缺陷的表面。铸锭顶部的突出物是在前箱中凝固的金属。a）使用气压b）不使用气压照片4气压对铸造表面的影响（AA6063合金，6英寸直径）103 在照片5的a）中，显示了上述铸锭的凝固断面，邻近模表面的部分铝，从前箱的底表面起深度约为10毫米是熔化的，表明模子的冷却效果很小。熔融金属的半月形是由前箱和模子形成的夹角环绕而成。在b）中，由于模子冷却而形成的冷凝壳似乎已经发展到前箱处，半月形不那么圆，前箱和模子之间形成的夹角填满了熔融金属。a）使用气压b）不使用气压照片5气压对半月形和凝固断面的影响图2Showa工艺中气压应用机理的原理图根据上述观察，气压应用的机理用示意图显示在图2。在夹角B中的熔融金属的静压力可用下列公式计算出来：P=ρ·H式中ρ：熔融金属密度H：前箱中熔融金属的高度在不使用气压的情况下，熔融金属被静压力P推向模壁，金属的热量被模所吸收（一次冷却），因此，凝固外壳在右上角形成，如在照片5的b）中所示。由于铸锭的内部由冷却水冷却并凝固（二次冷却），其凝固过程与铸锭的外层和中心部分不同，如照片2-b）和照片5-b）中所见。在不使用气压的情况下，在角B中的熔融金属被推回，使金属从模壁返回，半月形变圆。当熔融金属进行凝固和收缩时，连续供给的气体通过在模壁上产生的间隙T向下释放。只要熔融金属压力P和气体的压力保持平衡，便可获得良好而光滑的铸造表面。由于熔融金属和模壁之间的接触用该方法消除，所以可避免用其它方法由一次冷却引起的凝固外壳的形成，坯料铸造仅仅通过二次冷却凝固即可完成。从照片2-a）和照片5-a）可清楚地看出。因为熔融金属接触模壁的机会大大减小，所以使用Showa工艺能够进行稳定铸造，这使得有可能甚至用诸如镁合金这样的活性金属都能获得从亚表面区到中心区都具有均匀结晶组织而且熔析又小的优质坯料。3.小直径镁棒的机械性能和热锻造性3.1试样使用的试样是用Showa工艺铸造的AZ31和AZ80合金的直径为62毫米的棒。铸造条件与表1中详细叙述的相同。用C2Cl6对它们进行了晶粒细化处理。这样获得的棒的平均晶粒度是AZ31合金为140微米，AZ80合金为80微米。使用的对照材料是市场上买得到的挤压棒。试样的化学成分见表2。表2化学成分（重量%）103 铝锌锰铁AZ31合金连续铸造棒3.20.880.180.031挤压棒2.90.800.310.005AZ80合金连续铸造棒8.20.640.310.027挤压棒7.90.460.190.0033.2机械性能抗拉试验是在经370oC锻造，其横截面减小50%的材料F（加工状态，未进行热处理）上沿纵向截取的试样上进行的，其试验结果如表3所示。表3机械性能材料F在370oC锻造横截面减小50%的材料sBs0.2dsBs0.2dAZ31合金连续铸造棒23.37.121.834.930.916.5挤压棒28.220.822.030.024.616.4AZ80合金连续铸造棒23.710.48.036.631.78.9挤压棒34.724.715.736.929.312.1说明：sB和s0.2的单位是公斤力/毫米2，d的单位是%。在使用材料F的情况下，连续铸造棒的机械性能均低于挤压棒（在使用AZ31和AZ80合金两种的情况下）。但是，在已经锻造减径50%的AZ31和AZ80两种合金的连续铸造棒的所有机械性能中，除AZ80合金的延伸率外，或等于或优于挤压棒，特别是在AZ31合金中，铸造棒的抗拉强度（sB）优于挤压棒10%，铸造棒的屈服强度（s0.2）优于挤压棒20%。3.3热锻造性对用AZ31和AZ80合金制造的材料F在高温下进行了落锤试验，以检查其自由可锻造性。试验机器的示意图如图3所示。试样是从棒上沿纵向平行于其中心线切取的，试样尺寸为19mm（直径）X24mm(高)。在试验中，这些试样保持在模子所提供的2毫米模腔中的位置。落锤重125公斤力，减缩率随从不同高度（H）落锤而改变。试验之前，立即将保持在模中的试样在炉中以三个不同的温度：270、320和370oC加热30分钟。测量试验前后未由上、下模腔固定的试样的部分长度，便可用下列公式计算出它们的镦粗率：h0-ha=—————x100（%）h0式中h0：试验前模腔之间的部分长度h：试验后模腔之间的部分长度图3落锤试验机103 试验之后，检查试样在模腔之间的部分是否有裂纹，按照临界镦粗率比较AZ31和AZ80合金棒（在裂纹产生之前的瞬间确定镦粗率）。试验结果如图4所示。图4连续铸造棒和挤压棒的临界镦粗率（aC）（用AZ31和AZ80合金生产的材料F）AZ31在临界镦粗率（aC）方面一般比AZ80好，因此其热自由可锻造性良好。在使用AZ31合金的情况下，连续铸造棒在320oC或低于此温度时的可锻造性比挤压棒好，而在使用AZ80合金的情况下，连续铸造棒在所有温度的可锻造性匀优于挤压棒。因为一般都知道挤压棒由于它们的纤维组织而具有各向异性，在此类棒的实际使用中必须将各向异性完全考虑进去。但是，用Showa工艺生产的连续铸造棒由于它们的等轴结晶性是各向同性，因此它们可以从需要的任一方向进行加工。Showa工艺不仅能用自由锻造方法而且能用使用复杂模具的锻造方法生产优质产品。4.热锻例子锻造徽章以确定用Showa工艺连续铸造获得的各种棒的性能。使用的合金是AZ31。从直径67mm的铸造棒上切取直径65mmX18mm厚的圆片，涂上石墨润滑剂。徽章是用圆片在370oC加热1.5小时之后立即锻造成的。所获得的徽章是非常满意的，没有裂纹或划伤，有一个清晰的轮廓，这表明棒是可锻造的。5.结论1）良好的铸造表面是用Showa工艺在气压下获得的，即使是镁合金也是如此。2）铸造操作是稳定的，所生产的铸造棒从亚表面到棒的中心有均匀的宏观组织。在亚表面区见到的熔析层很薄，只有100微米或更小。3）虽然AZ31和AZ80合金连续铸造棒的机械性能在许多方面低于挤压棒的机械性能，但经过锻造，横截面减小50%的AZ31铸造棒的性能表明比挤压棒有了明显的改进。4）就材料F棒的热可锻造性而言，AZ31比AZ80好得多。另外还发现，使用AZ31合金时，铸造棒在320oC或低于此温度时的热可锻造性均比挤压棒好。而AZ80合金，则是在260-370oC范围内的任何温度下铸造棒的热可锻造性都比挤压棒好。5）无裂纹或划伤的良好徽章可用AZ31镁合金铸造棒锻造，表明连续铸造棒不具有热可锻造性问题。根据前面的结果判断，Showa工艺能够采用与铝相同的工序—多根铸造法获得镁合金棒。这样我们期望能够在不使用挤压工艺的条件下大批量生产优质、低成本、小直径，而且刮光量少得多的连续铸造棒。第三部分镁合金的锻造、挤压和轧制一.镁合金的锻造、挤压和轧制103 镁及其合金象其它延性金属一样能够通过任何大体积的加工工艺进行加工，其中包括锻造、挤压和轧制。但是，由于它的结晶组织为六方晶系，镁的冷加工性能相当低。因此，初始加工通常是在已经加热到适当高温使加工性能大大增加的铸锭或坯料上进行。铸锭.用于锻造、挤压或轧制的镁合金铸锭或者用专用的厚壁钢或铁永久模铸造，或者用由铜或铝制成的孔型圆柱模铸造。这后一种方法叫做直接冷却（DC）法,因为模是用水喷射或其外表面上的水套进行冷却的。在间歇式DC铸造方法中，要把铸造合金的底塞插入模的底部，使熔融合金充满模。在连续式DC铸造方法中（该方法最常用于镁合金），当把足够的熔融金属加到使熔融金属池的顶部保持在恒定的水平面时，用供料辊将塞子和后边的铸锭慢慢从模的底部抽出。用固定在铸造坑上的环型飞锯定期从凝固的DC金属的底部切下一定的锭长。DC方法最适合于镁，因为该方法生产的铸锭晶粒细小，而且比专用的永久模铸锭含较少的化合物熔析。在铸锭加工之前，常常要进行刮光。刮光与合金有关，根据铸造表面的组织，可对用于各种锻造、挤压和轧制的铸锭进行刮光。坯料镁合金坯料由预挤压的刮光铸锭制造而成，以便在后续的锻造、挤压或轧制期间破坏其铸造组织，改进其可加工性能。预挤期间横截面的缩减量应足以把铸锭组织转变成为变形组织。在进一步加工之前没有必要对预挤压坯料进行二次刮光。预加热在锻造、挤压或轧制之前，要把铸锭或坯料在电炉或燃料炉中预加热到所需的加工温度。在发生共晶的最低温度以下的温度区间内不需要惰性或还原气氛。但当预加热用于挤压的粉末压块时，通常要用保护气氛。因为锻造、挤压或轧制镁的温度恰好在各种合金的熔点以下，当对温度进行合理精确的控制时，不会发生燃烧现象。但必须保持温度的均匀性，避免在预加热区内出现较大的热区梯度。炉子要配备有风扇，保证炉内空气的循环，提供最好的加热均匀性。炉子装料应避免堆积或“积木式”装载，因为这样会使料的入口处温度很低，而且有可能会在边缘或暴露面处过热。温度过高会由于热脆而引起加工件的断裂，过低则会引起剪切裂纹的发生。决不能用加热铝合金的炉子直接加热镁合金，因为如果两种金属接触便会引起导致燃烧的低熔点共晶的形成。应对加热镁的炉子进行清洁，清除任何残余铝渣或积留物，以免与镁接触。1.锻造镁合金的可锻性取决于三个因素：合金的固线温度，变形速度和晶粒度。为了保证良好的可加工性，只能使用锻造级别的方坯或棒坯。为了消除锻造期间可能出现的表面缺陷，，已经对这类产品进行了精整和检查，而且，为了保证良好的可锻性已由供应商进行了均匀化。表1给出了通常用于锻造的镁合金的成分及其锻造温度。表1镁锻造合金的标定化学成分和推荐的锻造温度推荐的锻造温度（a）标定化学成分（b）,%工件锻造模合金AlZnMn(c)Di(d)AgZr℃AZ31B3.01.00.2………290-345260-315AZ61A6.51.00.15………315-370290-345AZ80A8.50.50.15………290-400205-290QE22A………2.12.50.7345-385315-370ZK21A…2.3………0.45(c)300-370260-315ZK60A…0.5………0.45(c)290-385205-290(a)其余为镁，(b)变形硬化合金必须在排除再结晶的范围内降低温度进行加工。(c)Minimum.(d)Didymium.镁合金往往在固相线温度55℃之内进行加工，高锌合金ZK60除外，它有时含有少量铸锭凝固期间形成的低熔点共晶。这种合金的大约315℃103 （共晶的熔点）以上进行锻造，因为共晶熔点会引起严重的断裂。如果延长铸锭在高温下的保持时间，使共晶得以溶解，然后再恢复到较高的固线温度便可使这一问题得以缓解。锻造机液压压力机和运行较慢的机械压力机最常用于镁合金的开模和闭模锻造。在这些机器中，镁合金可以用带有小弯头和倒角并具有薄腹板或镶板断面的锻造机锻造。其弯头半径为1.6mm,倒角半径为4.8mm，镶板或腹板3.2mm为正常。锻件从模拔出所需要的斜角可以保持在3o或3o以下。镁合金很少用锤锻或运行较快的压力机锻造，因为它们会断裂，除非用一些非常严格的工序。用以上方法AK60A和AZ31B合金比AZ80A更容易锻造，AZ80A合金的锻造非常困难。在某种程度上也可能会发生严重的断裂或自由弯曲。镁合金一般沿横向而不是沿纵向流动，在工具设计过程中必须考虑这一特征。模具因为镁合金的锻造温度比较低（见表1），传统低合金热加工工具钢是制造锻模的理想材料。要把模加工成具有很高抛光面的平滑表面，以防锻件出现表面粗糙，划痕或一些其它缺陷。高的抛光面也能促使锻造期间金属的流动。潮湿磨料喷砂法和磨料极细的磨光纸用来制造模型型腔表面的平滑面层。加热在大多数例子中，镁锻件的机械性能取决于锻造期间引起的变形硬化，变形硬化通过使锻造温度保持的与实际温度一样低来完成。但是，如果温度太低，将会发生裂纹。在多项操作工艺中，锻造温度应调整到每道后续工序以下，以避免再结晶和晶粒长大。除控制晶粒增长外，温度的减少要允许最终工序之后的残余变形硬化。模具加热镁合金是良好的热导体，因此，通过冷模对其迅速冷却容易引起该合金的断裂。因为锻造期间模与锻件的接触面很大，而且要保持很长的时间，所以，模的加热温度不能比热坯料（表1）的温度太低。对环行轧制设备来说，模具温度不太重要。因为接触面积小，而且接触持续时间相当短。另外，轧制期间温度的积聚可以对热损耗加以补偿。因此，只对环行轧制设备进行轻微的加热就可避免急冷现象。润滑镁合金锻造使用的润滑剂通常是用轻型吸收剂油或煤油中的微细石墨悬浮液，把这种润滑剂擦到或喷到热模上，以便吸收剂溶化留下石墨薄层。因此，坯料进行部分锻造之后要对模进行轻微的二次润滑。锻造坯料在锻造以前有时浸在润滑剂中。虽然不太方便，但可从喷灯的黑烟中直接供给锅黑。当可以使用较低的模温时，含水胶体石墨的使用可以提供较为清洁的工作环境。与所选的润滑剂无关，重要的是润滑剂的涂层要薄，而且要有完整的覆盖范围。在锻件上附着较厚的石墨层可能会出现清洁问题，因为如果用酸清洁就会出现严重的点蚀和电蚀。这种石墨薄层更容易用喷砂法清除。锻造压力图1给出在平模之间镦锻镁合金坯料所需的锻造压力。在正常锻压速度下，锻造压力先是增加，然后随着锻造缩减量的增加而慢慢减少，因为锻造期间加工金属的温度很可能会增加。图1在平模之间镦锻镁合金坯料所需的锻造压力。（a）AZ80A合金，变形速率0.11s-1.(b)AZ61A合金，变形速率0.11s-1.(c)AZ31B合金，变形速率0.7s-1.在闭合模锻造中，锻造载荷和压力随着锻造的形状发生着很大的变化，例如在快速定尺的尺寸变化较小的锻造中可能会引起锻造载荷的明显变化。见下图表。锻造温度锻造温度对所需的锻造压力有着非常重要的影响。图2给出镁合金AZ31B和铝合金6061这种影响的对比情况。如表2所见，在正常锻造温度下，AZ31B103 比碳钢、合金钢、或铝需要较大的锻造压力，但比不锈钢需要的锻造压力要小。镁合金流入垂直的深模腔中不如铝迅速。如果典型的铝结构锻件需要两片模的话，那么，同样部件的镁合金需要三片模才能成功锻造。图2镁合金和铝合金在各种液压速度下镦锻缩减率达到10%时所要求的锻造温度对锻造压力的影响表2各种材料用平模在正常锻造温度下镦锻缩减率10%时所需要的大致锻造压力锻造温度锻造压力加工金属℃Fmpaksi1020钢126023005584340钢12602300558铝合金60614558506910镁合金AZ31B37070011016304类不锈钢1205220015222晶粒度的控制镁合金锻造中的重要任务是细化晶粒度，在锻造温度下结晶组织迅速增长的各种合金（AZ31B，AZ61A，和AZ80A）通常每道工序都要在连续的低温下进行锻造。通常所采取的办法是每道工序之后要降低温度大约15~20℃。对于那些只能进行小变形量的区域，所有锻造往往都是在最低的实际温度下进行，以允许变形硬化。ZK60A和HM21A合金在锻造温度下晶粒增长较慢，而且大范围晶粒增长的危险很小。冷却实施镁合金锻件直接由锻造工序进行水淬，以防止进一步再结晶和晶粒长大。如果采用某些时效硬化合金，这种淬火保留了固溶中的硬化成分，以便其在后续的时效处理期间脱溶。修整当加工数量很小时，镁合金锻件通常要用带锯进行冷修整。使用修整压力机的热修整要在205~260℃进行。清洁镁合金锻件的清洁通常分两步进行，首先把工件吹干净，除去润滑剂残留物。然后将其浸泡在8%硝酸和2%硫酸溶液中，再用温水清洗。如果必要的话，还可将这种干净的锻件浸入重铬酸盐溶液中，以防止腐蚀。热处理某些镁合金（如ZK21A,AZ31B,和AZ61A）锻件总在锻造（F状态）状态使用，AZ80A或ZK60A锻件可以在F或T5（人工时效）状态使用。1.挤压镁及其合金可以用液压压力机进行温挤或热挤，形成棒材、管材和各种型材，包括结构异型材。正如铝和铜一样，生产结构异型材挤压工艺要比轧制工艺好。用于镁生产的挤压工艺和压力机与其它金属相类似。2.1正向挤压几乎在所有镁合金的例子中都采用直接挤压工艺（冲头推动工件通过固定的模）。不过间接挤压工艺也可采用。间接挤压工艺大多数往往只是在下列情况下才使用，即在开始推动时，为了克服挤压筒和工件之间的初始摩擦力，需要一种挤压力来改变静止状态的情况下。然后用直接挤压法来完成雏形锻模和模的推动。图3给出直接挤压工艺的主要部件。图3直接挤压工艺的主要部件加工金属表3给出目前用于挤压的镁合金的标定化学成分。所选合金的铸锭或坯料可以作为生产镁挤压件的初始材料进行使用。这些铸锭和坯料总是采用圆柱型横截面。103 表3挤压镁合金的标定化学成分标定化学成分(a),%合金AlZnMn(b)Zr(b)CaAZCOM(b,c)2.50.50.15……AZ21Z1(c)2.01.0………AZ31B3.01.00.2……AZ61A6.51.00.15……AZ80A8.50.50.15……AZ92A9.02.00.10……MIC(d)……1.2…0.10ZK40A…4.0…0.45…ZK60A…5.7…0.45…(a)其余为镁.(b)AZComercial;与AZ31B相比已经改进了可挤性.(c)主要在原电池中使用.(d)主要用于阴极保护阳极.挤压筒和模具挤压筒和模有合金钢制成，应保持在干净的条件下。挤压部件要用酸洗和/或机械抛光的办法进行清洁。为了使挤压筒、挤压垫和模在镁推进期间不对工件形成急冷，必须将它们预加热到与工件相同的温度。其加热温度应为挤压温度以下25℃左右，这样有助于对工件和挤压筒之间的摩擦以及挤压期间金属变形所产生的加热问题加以补偿。同其它金属一样，镁管材和其它孔型异型材可以通过空心件挤压模或异型孔挤压模用挤压的方法进行生产。鉴于镁合金的二次焊接性能较差，所以管材也可以通过用芯棒穿入管坯然后将管坯挤过芯棒的办法进行生产，而不是用芯棒穿入实心铸锭或坯料的办法进行生产。空心铸锭或坯料可以用铸造或机械加工的方法进行生产，然后将其挤过镶套在主滑块内部的中心芯棒。挤压方法用于镁及其合金的挤压温度通常为300~450℃。适当挤压温度的选择取决于所用合金和要挤压的形状。另外，因为镁的塑性变形特性与温度有非常严密的关系，所以挤压温度可以调整到能够产生很大的缩减比为止。在挤压期间，需要对镁金属进行适当加工的横断面缩减率的范围变化为从10—1—100—1。但是，应该是预挤批料而不是铸锭的挤压允许使用较高的缩减比。因为工件的变形会产生热量，所以加工期间必须进行足够的冷却才能扩散这些热量。否则，工件的温度会超过合金的固相线，从而产生热裂。当实心型材挤压完毕之后，通常要从挤压筒拉出模具，再从坯料（挤压余料）上剪下成品件，然后取出挤压筒内的挤压余料，用于回收。镁合金也可以进行连续挤压，这是通过把新铸锭或坯料在挤压筒内焊接到先前铸锭或坯料的挤压余料上的方法来进行的。但是，纵向槽缝必须铸造或机械加工到铸锭上，或者是挤压到坯料上，这样才能允许挤压余料和新的铸锭或坯料之间的任何空气夹裹逃逸。成品挤压的焊接部位通常要用剪切或锯割的方法去除，然后将其用作回收废料。表4挤压镁合金的常用机械性能最小尺寸抗拉抗拉延伸率压缩屈剪切承载承载硬度合金和或面积强度屈服点in50.8mm服点强度强度屈服点状态cmorcm2MpaMpa%MpaMpaMpaMpaHBAZCOM-F<0.635cm2551861497………490.635-3.812551931590………49103 3.81-6.352551861490………496.35-12.72551861590………49AZ31B-F<0.635cm26219314103131386234490.635-3.812622001597131386228493.81-6.352621931497131386228496.35-12.7262193159713138622849AZ61A-F<0.635cm31722817…159448262600.635-6.3531022816131152469276606.35-12.73102141514515246929060AZ80A-F<0.635cm33824812…152469331600.635-3.8133824811…152469331603.81-6.3533824111…152469331606.35-12.72902489…15246933160AZ80A-T5<0.635cm3792628234165414393820.635-3.813792767241165414400823.81-6.353652696221165469372826.35-12.7345262621416546936582AZ60A-F<12.9cm2338262142281655243867512.9-19.4338255141931655243457519.5-32.3338248141861655243387532.3-258331255915917951730375ZK60A-T5<12.9cm2365303112481795454078212.9-19.4359296122141725383658219.5-32.335229014207…53135982热处理和性能为了保持金属的细密结晶组织和使其均匀化，必须用空气或水对将要引出模具的挤压件进行淬火。但是，不允许冷却水与热模具接触。否则会引起模具断裂。有几种镁挤压合金可以通过人工时效显著地改进其强度。挤压状态和挤压+时效状态的镁合金的常用和最小机械性能在表4和表5给出。粉末挤压ZK60A合金的高强度，尤其是它的高压缩屈服强度是由于该材料中具有极细的晶粒度所致。表5挤压镁合金的最小机械性能103 最小尺寸或面积.抗拉强度抗拉屈服点延伸率(%)压缩屈服点合金和状态cmorcm2MPaMPa在50.8mm内MPaAZCOM-F<0.635cm2341387…0.635-3.812341457763.81-6.352281457766.35-12.7214131769AZ31B-F<0.635cm2411457…0.635-3.812411527833.81-6.352341527836.35-12.7221138769AZ61A-F<0.635cm2621458…0.635-6.352761659976.35-12.7276152797AZ80A-F<0.635cm2961939…0.635-3.8129619381173.18-6.3529619361176.35-12.72901864117AZ80A-T5<0.635cm3242074…0.635-3.8133122841933.81-6.3533122841866.35-12.73102072179MIC-F<0.635cm207…2…0.635-3.81221…3…3.81-6.35221…2…6.35-12.7200…2…ZK40A-F<19.5cm22342075124ZK40A-T5<19.5cm22552344138ZK60A-F<12.9cm2296214518612.9-19.4296214517919.5-32.3296214517232.3-2582962146138ZK60A-T5<12.9cm2310248420712.9-19.4310248419319.5-32.3310248417232.3-64.5310234615964.5-161.33102346152161.3-25829621461382.2反向挤压反向挤压用来生产对称的环形镁工件，尤其是那些不适用于其它方法的薄壁或不规则型材。当反挤镁合金时，坯料和工具必须预加热到不低于170℃，工件温度通常为260℃。镁挤压件的长度与直径之比可以高达15:1，没有下限，但是，比值低于大约2:1的部件通常可用较低的成本由压缩拉伸机生产。常用的比值为8:1，而且，长度与直径之比较大的部件正挤比反挤更适宜。在所有比值中，镁挤压件的机械性能通常要好于制造它们的坯料的性能。设备和工具机械压力机要比液压压力机快，因此更普遍地用于反挤，需要长冲程时例外。吨位为900KN冲程为152mm的压力机适宜于大部分挤压生产。已经可以生产高达100/分钟的挤压件，挤压速度仅受压力机速度的限制。103 用于镁合金反向挤压的模具与其它金属所用的模具不同，因为镁合金要在较高的温（通常为260℃）度下进行挤压，通常使用配备有管状电加热器的模具。模具要与压力机隔离，隔离罩要设在模具的周围。除冲头入口、供料和注射装置外，模具的顶部要覆盖。冲头不需要加热，但在连续操作期间它会变热，因此应与压力机的滑块隔离。冲头和模具通常由热处理到硬度为48~52HRC的热加工工具钢（如H12或H13）制成。如果只用于一种用途的话，由热处理H13钢制成的工具可以生产200，000个挤压件。用硬质合金拉模可以挤压高达1千万个部件。模腔两侧应有深度约为0.002mm/mm的拔模斜度，以防挤压件粘俯在模腔内。在正常的操作工序下，部件固定在冲头上，要在上冲程的过程中将其从冲头上取下。坯料的准备镁合金坯料的准备与其它金属相同，如果边部的粗糙度允许的话，便可从棒坯或厚板的坯料上锯下。坯料也可用铸造的方法进行制备。为了保证挤压件（挤压件又取决于模具与冲头之间的距离）的壁厚均匀，坯料的尺寸和形状必须一致，要确保在模的中心。坯料的润滑要在石墨悬浮物中滚动10分钟，直到产生干燥涂层为止。关于镁合金部件的自动反向挤压，则要把润滑过的坯料装载到供料的料斗中。当坯料沿着料斗和模具之间的道轨通过时由电加热器将其加热。挤压方法把加热的坯料装到加热过的模具上，驱动压力机进行挤压件的生产。镁合金挤压的操作温度范围为175~370℃，温度的高低取决于合金的成分和操作速度。为了保持允许的公差，操作温度应保持稳定。在实际生产中，因为操作速度较慢，坯料和模具通常要加热到260℃，用夹钳供料。在自动供料中，因速度较快，坯料和模具温度可低达175℃。操作期间模具要吸收热，可使温度增加多达65℃。当性能的降低无关紧要是，操作温度可以高一些。镁合金反向挤压的压力约为铝合金的一半，这主要取决于合金成分、缩减量和操作温度。表6给出在230~400℃的温度范围内缩减面积达到85%时挤压几种镁合金所需要的压力。表64种镁合金在各种温度下反向挤压所需要的压力在一定温度下所需的挤压压力230℃260℃290℃315℃345℃370℃400℃合金MpaMpaMpaMpaMpaMpaMPaAZ31B455455414372359345317AZ61A483469455441428414400AZ80A496483441455441428414ZK60A469455441428400372359热膨胀镁与钢相比有很高的热膨胀系数，因此，为了确保镁挤压，当冷却到室温时（在尺寸公差范围内），必须将钢制工具的室温尺寸扩大一个补偿系数，以适应镁合金的挤压温度。公差镁合金挤压件的公差反映在部件的尺寸和形状、长度与直径之比、以及压力机的对中上。表7给出长度与直径之比为6:1的镁合金部件的常用公差。表7长度与直径之比为6:1的镁合金挤压件的常用公差尺寸公差（mm）直径±0.05(a)低部厚度±0.13(b)壁厚（mm）0.5-0.75±0.050.76-1.13±0.0761.14-1.50±0.10103 1.51-2.54±0.13(a)直径的每25mm.(b)所有厚度.1.轧制铸造成两侧圆形的扁平型铸锭是用于镁合金薄板和厚板轧制的初始材料。首先要把每个铸锭预加热几个小时，以保证全部加热。然后在一台可逆式轧机上反复轧制几个道次缩减其厚度，这样便破坏了铸锭的铸造组织。被轧制的板坯和开坯轧机轧辊之间的接触时间相当短，因而轧辊不易被加热。不进行二次加热就可以使每个道次板坯的缩减率多达10%，达到约6mm的厚度。但在最终道次往往要对轧辊进行润滑。开坯之后，板坯要二次加热到315~370℃，然后用窄带材或卷材精轧机轧制到最终厚度和状态。状态和性能保留在产品中的加工硬化变形程度以及最终精轧道次之后冷却期间所发生的退火程度是确定成品薄板和厚板性能的关键。影响二者整个作用的因素是产品的状态，其计量方法为用“O”作标记表示全退火，用“H”作标记表示硬度的各种等级。通过加工硬化所获得的硬度等级规定在“H”后面用1。所规定的这种硬度值无论如何都可以通过冷加工→退火而达到，这样的加工工序规定在“H”之后用2。硬度有8个等级，在初始的“1”或“2”之后用1—8的数字来表示，因此，半硬材料记为“H14”或“H24”，这主要取决于达到其硬度值时所采取的途径。实际上，镁薄板或厚板很少用H16或H26以上的硬度生产。表8和表9给出结构镁薄板和厚板合金各种状态的常用和最小机械性能。由AZ31合金系生产的两种重要的特制窄带轧制产品是切削性厚板和影印薄板。表8AZ31B镁合金薄板和厚板的常用机械性能厚度抗拉抗拉延伸率压缩剪切承载承载状态强度屈服点在50.8mm内屈服点强度强度屈服点(cm)MPaMPa%MPaMPaMPaMPa-00.041-0.152255152211101794552550.153-0.634255152211101794552550.635-1.27024815221901724482341.271-5.08024815217831724482285.081-7.6202481451776172448221-H240.041-0.634290221151792005313240.635-0.951276200171591934963100.952-1.270269186191311864832761.271-2.540262165171101794692552.541-5.0802551591497179455241103 5.081-7.6202551451683179455241-H260.635-0.951276207161651934963170.952-1.113276193131521934963031.114-1.270276193131521934963031.271-1.905276193101311934962761.906-2.540269179101241934832692.541-3.810262172101101864692553.811-5.08026216510103179469248表9AZ31B镁合金薄板和厚板的最小机械性能厚度抗拉强度抗拉屈服点延伸率(%)压缩屈服点状态cmMPaMPa在50.8mm内MPa-00.041-0.152221(a)1241283(b)0.153-0.634221(a)10312830.635-1.270221(a)10312691.271-5.080221(a)10310695.081-7.620221(a)103955-H240.041-0.63426920061650.635-0.95126217981380.952-1.27025516581101.271-2.5402481528902.541-5.0802341388695.081-7.620234124862>7.62020097855-H260.635-0.95126918661520.952-1.11326217961451.114-1.27026217961241.271-1.90525517261171.906-2.54025515961102.541-3.81024115261033.811-5.080241145697(a)完全退火最大276Mpa.(b)只用于厚度0.160cm和更大一些.第四部分镁合金的压铸和触变模压技术一.镁合金压铸生产技术103 压铸是一种非常成熟的铸造方法，特别适合于全自动、高产率、大数量的铸造生产，可生产从几克到十几公斤重的接近部件实际形状的铸件。尽管压铸机的机械和动力原理已经应用了100多年，但压铸技术始终处于不断发展中。现在的压铸机制造商可提供整套全自动的压铸设备，用于将镁、铝、锌和铜等合金压铸成部件。通常，设备制造商不仅全面负责提供压铸设备，还包括提供压铸模具，压铸生产人员只需设定操作参数便可操作。而且，压铸生产人员在操作压铸机时，只要安装不同的模具就可生产不同形状的产品。镁压铸在压铸行业近年来得到了快速发展。镁压铸不仅要考虑压铸工艺的可行性，还要考虑现有镁压铸合金的特性。镁压铸的基本工艺和铝的压铸很相似，但是，两者之间也有明显的不同，其主要的不同点是对液态合金的处理。同时，由于镁和铝压铸合金有不同的性能，所以在压射参数和模具设计上也需要一定的变化。1.镁压铸合金目前所有的工业用镁压铸合金都含有铝，而且作为主要的合金添加元素。铝可以提高合金的机械强度、抗腐蚀性和铸造性能。但随着铝含量的增加，合金的塑性和断裂韧性将明显降低。这使的另一种低铝含量的合金系列产生，即AM系列。AM系列镁合金在汽车安全性部件中得到了广泛的应用。锌在最常用的压铸合金AZ91中的含量约为0.7%，它的加入对合金的强度和抗腐蚀性有一定的改善。锰的添加主要是为了控制合金中铁的含量。锰含量的添加视合金的种类不同而异，这主要取决于在其它合金元素存在时锰和铁的互溶性。高纯镁合金的基本要求是，成形压铸件中铁的含量一定要小于0.005%，其它杂质象镍和铜也必须控制的很低。为了提高合金的高温蠕变性能，一种含硅和稀土的合金系列产生。这些合金元素会在晶界形成稳定的金属间化合物。铝含量在这些合金中保持在非常低的水平。铍添加到压铸合金中，一般控制在5-15PPm的水平，主要用于减少液态合金的氧化。常用镁压铸合金的化学成分、物理机械性能等数据见表1-4。表1压铸用重熔镁合金锭的化学成分Al%Mn%Zn%Si%maxCu%maxNi%maxFe%maxRe%max其它%maxAZ91D8.5-9.50.17-0.40.45-0.90.050.0250.0010.0040.01AM60B5.6-6.40.26-0.5Max0.20.050.0080.0010.0040.01AM50A4.5-5.30.28-0.5Max0.20.050.0080.0010.0040.01AM201.7-2.5Min0.2Max0.20.050.0080.0010.0040.01AS41B3.7-4.80.35-0.6Max0.10.60-1.40.0150.0010.00350.01AS211.9-2.5Min0.20.15-0.250.7-1.20.0080.0010.0040.01AE423.6-4.4Min0.1Max0.20.040.0010.0042.0-3.00.01表2镁合金压铸件的化学成分Al%Mn%Zn%Si%maxCu%maxNi%maxFe%maxRe%max其它%maxAZ91D8.3-9.70.15-0.50.35-1.00.10.0300.0020.0050.02AM60B5.5-6.50.24-0.6Max0.220.10.0100.0020.0050.02AM50AMax0.220.10.0100.0020.0040.02103 4.4-5.40.26-0.6AS41B3.5-5.00.35-0.7Max0.120.50-1.50.020.0020.00350.02表3镁合金室温机械性能性能单位AZ91AM60AM50AM20AS41AS21AE42抗拉强度Mpa240225210190215175230屈服强度Mpa16013012590140110145压缩强度Mpa14811374106103延伸率%3810126910拉伸弹性模量Gpa45454545454545剪切弹性模量Gpa17布氏硬度HB70656045605560冲击强度J6171818455表4镁合金物理性能性能单位温度℃AZ91AM60AM50AM20AS41AS21AE42比重G/cm201.811.801.771.751.771.761.79液相温度℃598615620638617632625初始熔化温度℃420-435420-435420-435420-435420-435420-435590热膨胀系数Μm/m·K20-10026.026.026.026.026.126.126.1熔化潜热Kj/kg370370370370370370370热导率W/K*m2051616594688484电导率MS/m206.69.113.110.811.71.镁压铸设备镁合金压铸主要有两种设备，一是冷室卧室压铸机，另一是热室压铸机。比较而言，冷室压铸机可以生产大的、薄壁的压铸件，质量相对难于控制。热室压铸机，压铸零件尺寸小，重量相对也小，但却可以生产厚壁零件，质量更易于控制。镁压铸在冷室和热室压铸机上都得到了广泛的应用，但压铸自动化程度各有不同。图1是镁冷室压铸生产线的示意图。全自动冷室压铸生产线主要由下列设备组成：最低预热温度为150℃的镁合金锭预热炉；将预热锭加入熔化炉的自动加料机构；镁合金锭熔化炉（单室、双室或双炉等形式）；液态金属定量输送泵；压铸机和压射控制操纵设备；模具加热器和温度控制器；模具喷涂装置；压铸件取出机器人；压铸件冷却槽；铸件清理压边机；压铸件传送带；边角料传送带。图1全自动冷室压铸生产单元示意图2.1液态金属准备对铝压铸，液态金属通常是由中心熔化炉输送到每台压铸机旁的保温炉内，再由自动舀勺将液态铝定量加入到压射缸内。103 对镁压铸，在每台压铸机旁有一台铸钢坩埚炉，预热锭自动加入到铸钢坩埚炉内。炉子加热通常用电或煤气。因安全原因，镁合金锭在浸入液态金属之前一定要预热。由于液态镁合金有强烈的氧化性，在液态金属上面要求采用保护气体，通常用含0.2%SF6气体和含0.5-2%CO2气体的干燥空气作为保护气体。用SO2气体比用SF6气体要好，因为SF6气体有强烈的温室效应。但SO2气体有毒，必须采取预防措施，防止工作环境中SO2气体超标。液态镁合金可以用不含镍的钢管输送，所以就有多种炉型可供选择，用于简化熔化作业。多台炉或一炉多室等炉型可用于重熔干净的镁合金边角料，液态镁中的铁溶量很低。各种形式的泵配套加热钢管可用于将液态金属定量输送到压铸机的压射缸。镁压铸温度对不同的合金有不同的要求，这取决于压铸工艺。AZ91合金的典型压铸温度，对冷室压铸机来说，温度为650~680℃；对热室压铸机来说，温度为620~640℃。对铝含量较低的镁合金，有时需要较高的温度，如660~690℃。2.2压铸机总的来说，为铝压铸设计的冷室压铸机也可用于镁的压铸，见图2A。.镁和铝的主要不同之处在于比重和热容量。镁的比重比铝轻，所以其惯性要比铝小，也就是说，在同样的金属压力下，镁的流动速度更快。因此，充满同一模具时镁需要的时间要比铝短。但是，对薄壁部件并有长的流动距离时，镁因其热容量低而需要很短的充型时间。因此，有的镁压铸机特殊要求压射缸内压射活塞的最大速度超过10米/秒。压铸静压力通常要在30~70Mpa之间。但对薄壁铸件，增强压力的作用也是有限的。目前市场上已有锁模力超过4000吨的镁压铸机。热室压铸机（见图2B）主要用于压铸较小的部件，一般压射重量为2~3公斤。通常，热室压铸机的静压力也低于冷室机，一般在20~30Mpa之间。图2冷热、室压铸工艺真空压铸通常用在铝压铸中，目前很少应用于镁压铸。在技术文献中，有关真空对镁压铸件性能影响的报道几乎没有。真空究竟能否提高镁压铸件的性能尚需进一步的研究来证实。2.3镁压铸的模具2.3.1压铸模由于压铸模要完成的功能很多，所以它是一种复杂模具。首先它决定压铸件的几何形状，并对每一次压铸的部件的尺寸变化有很大的影响。采用固定的或活动的芯棒虽然增加了压铸模的复杂性，但可生产近乎实际形状的铸件。浇道和浇道口的几何形状决定了模具的充型特性。模具的热状态则决定了部件的凝固过程以及它的显微组织和质量。当长期压铸时，模具的热传导性决定了模具的压铸次数和模具的寿命。模具中还有一个顶出机构，在铸件凝固后将其顶出。图3给出了冷室压铸模的主要结构。图3冷室压铸机模具结构图2.3.2压铸模材料压铸模内模具型腔要直接和液态金属接触，所以模具用钢要具有抗热冲击的能力。在多数情况下，都选择H13钢或类似质量的钢材。要保证大批次压铸后铸件的表面质量时，必须用低硫优质钢作为模具材料。通常H13优质钢给模具制造商的供货状态为退火状态，这样，球化的碳化物便可改善材料的加工性能。模具加工完成后，要进行淬火加低温回火热处理，使模具材料的硬度提高到HRC46~48的范围内。值得注意的是，模具的型腔和特殊部件需要用H13钢来制造，这一般只占到模具总重量的20~103 25%。模具的其它部分则可以用低碳或中碳钢来制造。通常都使用标准模具，特别是那些结构简单的小型压铸件。这种标准模具具有同一个带有顶出机构的模具框架，而框架内的模具型腔部分则可以更换，这就是说，同一标准模具可用于一定数量的不同压铸件。镁压铸合金和铝合金相比，单位体积内热容量小，并且铁在液态镁合金中的溶解度非常低，这就使得镁合金压铸模具的寿命明显加长，通常要比铝合金的模具寿命长2倍以上。2.4压铸件设计压铸件的质量取决于很多因素，这些因素包括合金的材料性能、压铸工艺参数、压铸件和压铸模具的设计等。压铸件设计的基本准则如下：截面厚度部件的截面厚度愈小，材料的机械性能就愈高。由于镁的充型性优良，在特定情况下，镁压铸件的壁厚可小于1mm。正常壁厚一般在2~4mm的范围内。壁厚的均匀性：铸件壁厚应尽可能地均匀，以避免凝固过程中产生局部过热。当凝固收缩时，局部过热点便有可能形成缩孔。易于充型：通常模腔充型要在10~100ms内完成。部件设计要达到圆滑流动，避免过多的紊流。型腔中的边角要圆滑。加强筋：代替增加截面厚度，加强筋是常用的提高部件强度和硬度的方法。避免局部过热：液态金属高速的直接冲击会造成模具局部过热，特别是模腔中较小的突出部位。局部过热可能会因热疲劳而造成模具的焊合和热裂纹。表面处理：获得平整光滑完全没有表面缺陷的铸件是很困难的。但通过表面处理，则可达到较好的表面要求。对铸件表面的文字和图形等，最好凸出于铸件表面而不要凹陷下去。截面厚度的变化：从一个厚度转变到另一个厚度应有一个逐渐变化的过程。以避免应力集中。脱模斜度：一般的镁压铸推荐脱模斜度为2~5度。但是，1~3度，甚至0度的脱模斜度也是常有的，镁的热收缩特性使之成为可能。2.5尺寸稳定性和公差压铸是一种精密的铸造工艺，压铸件的最终尺寸可能会受到很多因素的影响。这些影响因素主要有：模具线形尺寸的变化，定模和动模及其它模具部件之间的错位，模具和铸件的变形及抽心的定位和动作等。值得注意的是，铸件的最准尺寸仅仅取决于模具的精密度是不够的。象模具温度、铸件脱模温度、冷却速度、应力松弛和模具精密度等都会造成铸件的最终尺寸变化。在同一模具内成形的铸件，上述因素对铸件的尺寸影响示于图4。所有这些影响因素，除模具精密度外，和模具设计及模具结构都没有关系。因此，压铸过程中的工艺控制是减少最终产品尺寸变化的关键。图4铸件尺寸公差影响因素分析表5列出了由北美压铸协会（NADCA）提供的镁压铸铸件尺寸线形变化的允许值。例如，1000mm长的镁压铸件正常的铸造尺寸公差为±1.2mm。镁合金压铸成的汽车仪表盘的尺寸公差就在此范围。表5镁压铸件线形尺寸的允许公差铸件长度基本公差单位公差宽限严限宽限严限0-25mm±0.25±0.1——25-300mm——±0.002±0.0015300mm以上——±0.001±0.0012.6模具的浇道口、溢流槽和排气孔103 图5A示出了金属液压铸供料系统的主要构成。该系统包括主浇道、分浇道、浇道口和溢流槽、排气孔等。热室压铸工艺还有一个特殊的压铸鹅颈活塞系统，示于图5B.图5浇道系统示意图铸件的浇道系统对压铸件的质量非常重要。下面是浇道系统设计的一些准则：·浇道口必须适合压铸机的压射能力，并能在允许的充型时间内完成充型。·浇道口可以是不同的几何形状，扇形或切线形。金属液从浇道口射入模腔时要保证平行或分流，以减少液流的紊乱。·浇道口设计时要保证液流最短。·在薄壁区要防止多股金属液流对撞。·从不同浇道口充型时，要保证模腔各部位同时充满。·溢流槽要用于将氧化物和润滑剂的残渣冲出模腔，以及可加热模具中较冷的部位。·排气孔应延伸到模具的外表面，用于将模腔内的气体排出。·浇道系统和溢流槽等设计时要注意防止铸件切边清理时在铸件切口处形成锯齿状。2.7模具的热状态压铸工艺是个循环的过程，要进行正常的压铸作业，必须预先将模具加热到一定的温度，并保证每次压铸时模具保持在该温度。大多数压铸模具都是用油来加热和冷却的。加热油的管路分别设计在定模和动模上。应对模具的几何形状和最终的温度分布进行仔细的研究，以确定加热油管路的分布位置。一般模具的工作温度在200~240℃左右，温度太低会造成压铸件产生压铸缺陷。2.8计算机辅助模具设计对于模具设计，有各种各样的计算机工具，较理想的是压铸技术人员能用统一的CAD/CAM系统来和顾客、模具设计人员进行交流。计算机程序可以对模具设计中浇道和浇道口设计进行优化，并模拟模具的充型和凝固过程。当需要时，还可用计算机辅助制造方法来快速加工模型。3.镁的压铸操作3.1压铸模具安装压铸模具的最大外形尺寸取决于压铸机的固定拉杆之间的内尺寸和动模座板的最大行程。另一个因素是压铸机的最大锁模力。压射的液态金属会产生顶开模具的胀型力，胀型力可以用下式表示：F=PA方程式（1）其中，P是金属液充型后的金属压力，A是整个铸件包括浇道和溢流槽等的压力方向的投影面积。由方程式1计算的压力应不能超过压铸机最大锁模力的80%。这样就可留有一定的余量来承担由于压射惯性带来的短时峰值压力。压铸机压射部件的性能是进行压铸的关键。压铸机制造商已开发出了越来越精密的压力系统来提高压射过程的控制。现最常用的是用压射活塞的位置来控制压射速度。通过不同的定位，金属压力和速度可以变化，以获得最佳充型次序。更先进的是使用液态金属定位仪，可以控制每一次压射。因为每一次供入压射缸的液态金属量都是变化的，这使得每次压射充型都要进行必要的调整。描述压射部件性能的最常用的办法是绘制所谓的P-Q2图。P是金属压力，Q是体积流量，每台压铸机基于压铸参数如压射活塞直径、系统压力、以及各阀门的设置的不同，都有各自的P-Q2图，示于图6。图6P-Q2图103 模具的特性可用下列方程式来描述：P=(K/Ga)Q2（方程式2）模具特性曲线和压铸机的P-Q2图的交点决定了安装该模具的压铸机的工作参数，见图6。如果由交点决定的体积流量大于或等于在规定时间内充型所需要的流量，那么，压射部件的性能便是适用的，可以通过减小压射阀门来降低压射流量。1.2选择压铸参数设计浇道系统和选择压铸参数的主要目的是在射定的充型时间内完成压铸，并使铸件的缺陷达到最低。这需确定铸件平均壁厚和需要的充型时间之间的变化关系。图7是资料介绍的一个例子，最近的实践表明，对于薄壁长流动距离的铸件，必须用较短的充型时间。如用北美压铸协会NADCA的浇道公式，则可表示为：t=0.0346｛(Tm-Tf+2.5S)/(Tf-Td)｝T（方程式3）在上面的方程式里，t表示压铸所必须的充型时间，Tm为金属的温度，S为连续充型时固相成分的最大比例，Tf为流动金属液的最低温度，Td为模具的温度,T是铸件的平均厚度。例如，对壁厚为2mm的AM60合金铸件，从方程式3可以估算出模具的充型时间为20ms，计算时可用下列数字：金属温度Tm=670℃最小流动温度Tf=610℃模具温度铜带=200℃最大固相比例S=30%对镁压铸件，因铸件的类型不同，浇道口充填速度也变化很大。正常浇道口充填速度在30~50m/s的范围内。对于薄壁铸件，有时其充填速度可达到100m/s。对于壁厚大于4~5mm的铸件，铸造时其充填速度则要小于30m/s。速度越高，模具的磨损越大，同时金属液和模具的焊合越厉害。因此，在不降低铸件质量的前提下，应尽可能的降低其充填速度。图7模具填充时间和铸件平均厚度的关系当模具充型时间和浇道口充填速度确定时，浇道口面积和压射活塞的速度便可相应确定。图8表示进行工艺分析的常用列线图。下列步骤可用来评价模具充型参数：1.根据铸件的几何形状和截面厚度来确定模具的充型时间。2.以模腔体积来确定相应的流量。3.选择适当的浇道口充填速度。4.用充填速度和总流量来确定浇道口的截面积。5.总流量和压射缸直径可确定相应的活塞压射速度。图8是使用列线图的一个例子。某铸件体积为1dm3，壁厚为3mm，需要的充填时间为40ms，从图8线1中可以推断其金属流量为25dm3/s。如果充填速度选择为50m/s，则浇道口截面面积需要5cm2，见线2。当压射活塞直径为80mm时，活塞的压射速度必为5m/s，见线3。图8确定浇道口面积和活塞压射速度的列线图1.3压铸参数记录现代先进的压铸机都装备有控制仪器，对压铸过程进行具体的设定，并能运用计算机数据记录系统来显示和记录每一次压铸的参数。但是，一次完整的压铸，其速度和压力数据是大量的，因此计算机系统只贮存用于生产控制的关键数据。图9就表示压铸过程数据控制的例子。图9压铸过程的数据控制压铸过程可以按模具充型次序进行详细的研究，开始的压射单元依据P-Q2103 图进行设置。当对金属液流进行限制时，其流量将减小并伴随着压力升高。从压射图中也可确定模腔的充型时间。压射图还可用来解释压铸机本身的问题：当压射第一阶段压力增高时，说明压射缸内有较高的摩擦力。对热室压铸机，压射完成后活塞快速滑动则是压射磨损的信号。1.2模具的润滑镁压铸合金和铝合金相比粘模倾向要小的多。这是因为镁液基本不溶解铁。但是，有相当的铸件，由于高速镁液会冲击到模腔表面上，所以会发生焊合现象。如果采用适当的模具润滑剂的话，则可减少这种现象。压铸镁合金的模具最常用的是水溶性润滑剂。镁的热容量只有铝的2/3，模具润滑剂用作模具冷却剂的情况很少，这便大量减少了润滑剂的使用次数，一般只有铝合金使用次数的50%。镁合金常常使用高浓度的润滑剂，这可减少水的用量。模具润滑剂供应商一般都提供镁合金特种润滑剂，但压铸时镁和铝常常使用同一种润滑剂。1.3压铸件的缺陷压铸件生产时会产生各种缺陷，下面是一些最常见的压铸件的缺陷：欠铸：金属液未充满模腔。主要是由于压射速度不足，模具太冷，金属液温度太低，浇道口太小或模具排气不良。冷隔：常发生在已部分凝固的金属流对接后未完全溶合的部位。这主要是由于模具或金属液的温度太低。气孔：气孔产生的主要原因是金属液流充型时卷气，或是金属液凝固时溶解的氢析出。缩孔或凹陷：主要发生在铸件局部过热点，由于其最后凝固无法补缩造成。流痕和花纹：产生在铸件表面，主要是由于金属液的冲击和紊流造成，原因是浇道口不当，模腔尖角多或润滑涂料过多。热裂纹：常发生在铸件尚未完全凝固时，由于铸件在模腔内受到拘束而产生应力造成。铸件中锐角过多和压铸后不及时顶出都会加剧热裂纹的产生。变形、扭曲和断裂：常发生在顶出铸件时，由于过大的收缩应力。系统分析铸件缺陷和与之相关的工艺因素，是目前很多研究人员在探索的问题。图9是简单分析铸件缺陷和产生原因的系统图。通常，缺陷的产生是多个原因的综合结果，只有根据具体情况进行分析，才能找出铸件缺陷产生的具体原因。图10铸件缺陷和压铸参数的关系4.压铸件的后处理4.1压铸件的清理对镁压铸件来说，当压铸完成后，通常应该是压铸件的清理过程。有时在铸件清理之前，还要进行水冷或空冷。铸件清理的目的是除去铸件上多余的金属，象浇道系统、溢流槽和飞边等。清理时还要把铸件有孔的部位清通。根据产品的不同，清理的工作内容也不尽相同。为了保证压铸件的质量和尺寸，模具的清理也是很重要的，必须高度重视。当一次压铸完成之后，模腔不仅要完成一次开合，有时还要动作模腔内的活动部件，以清理深孔部位的积料。4.2压铸件的机加工103 有些镁压铸件直接压铸成部件形状，清理后不需要进一步的机加工。也有的只需要机械光整，象振动研磨、表面喷丸等。但大部分镁压铸件，因其复杂的形状、严格的公差以及部件的高重复性要求，必须进行高精密的二次机械加工。镁压铸件在设计时就应考虑机加工的定位要求，例如铸造定位孔或其它特征，以准确地定位。在所有的机加工工艺中，镁合金都表现出良好的加工性能。和其它金属材料相比，镁的机加工消耗是最少的，见图11。图11切削单位体积金属所需要的动力消耗4.3镁压铸件的表面处理总的来说，常用的高纯镁压铸合金，其抗腐蚀性能与常用的铝压铸合金A380相比，还要好一点，见图12。这就是说，绝大多数镁压铸件在使用时不需要特殊的表面处理。通常使用的陶瓷介质振动研磨，主要是为了铸件表面均匀，并去除铸件残留的飞边和钝化铸件尖角。当需要时，喷丸、抛光或其它研磨工艺均可使用。镁压铸件喷丸后，要仔细搬运，防止有杂质污染影响其抗腐蚀性能。镁压铸件的喷丸材料推荐为铝丸、玻璃球或氧化铝球，喷丸材料中不能含有杂质，特别是铁、镍和铜。铁丸不能用于镁铸件的喷丸。图12镁合金和A380铝合金的盐雾腐蚀速率（mg/cm2*天）电化学腐蚀对高纯镁合金本身是没有影响的，但在有电解质如盐类存在时，由于镁和其它材料的电极电位不同而使镁铸件发生电化学腐蚀。低碳钢和镁在一起是最易腐蚀的，见图13。有的铝合金如AA5052则表现出较小的电化学腐蚀倾向。因此，镁压铸件在使用时要注意防止电化学腐蚀。在最终的表面处理如表面涂层之前，镁铸件常常要镀表面保护镀层。除了常用的重铬酸盐表面保护镀层外，另外还开发出了更有利于环境保护的磷酸盐和氟锆酸盐保护镀层。常用的表面涂装方法大都可用于镁压铸件，其中包括粉末静电涂装和浸涂等工艺。也可进行镁的阳极氧化。但镁阳极氧化要比铝复杂的多，通常只用于一些特殊场合。图13各种金属和镁相连接时产生的电化学腐蚀趋势在有些应用场合，镁铸件要镀表面镀层，镀层的涂镀方法非常类似于铝镀层。首先要进行表面清洗，然后还要进行几个步骤，其中有用锌和铜打底层以及用作最终表面层的。不过，化学镀镍涂层已作为一种相对简单的方法广泛用于电子设备，如移动电话和电脑镁压铸部件。4.4镁压铸件的组装镁压铸件和其它部件组装的最常用的方法是螺栓连接法。在镁铸件上加工螺纹，用各种螺栓或自攻螺丝进行连接。当然还有一些其它的连接法，如在镁铸件上加内镶件，在内镶件上加工螺纹（有时内镶件本身就有内螺纹）或其它形式的固定夹具。一般来说，只要镁铸件控制在严格的公差范围内，便可无需机加工而进行紧密装配。在室温下，镁压铸件不能进行锻压加工，但温度上升到200℃以上时，一些镁铸件就可进行锻压加工了。例如，用热模锻方法可在镁压铸件上固定金属片状小件，使之和铸件成为一个整体。镁合金的焊接虽是可行的，但镁压铸件内常含有气孔，因此焊接时鼓泡是一个严重的问题。用电子束或激光束进行焊接不会大幅提高铸件温度，因此这方面的开发研究是很有前途的。5.环境保护产品的竞争取决于产品对环境的影响。对环境的影响包括产品制造、产品使用和寿终产品的再利用等每个过程。镁合金可完全再回收利用，见图14。象铝一样，用原材料生产镁所需要的能量远远大于用回收镁合金生产新的镁合金所需的能量。镁合金在汽车工业中广泛应用是因为重量减轻而又节省大量的能量。103 图14镁铸件的循环再利用图6.镁铸造的其它工艺近年来还开发出一些新的镁铸造方法，最主要的是间接挤压铸造和触变铸造，尤其是专为镁铸造开发的方法，被称之为触变模压法（THIXOMOULDING）。是由美国DOW化学公司研制开发的。间接挤压铸造和正常的压铸有很多相似之处，其主要差别是压铸用的浇道口由很细变为较粗，快速充型变为慢速，以避免金属液出现紊流。该方法也类似于低压铸造。如果压射活塞的压力能保证充足的补缩，并使较粗的浇道口直接连接铸件，则铸件的孔洞率将会很低。其挤压设备有立式的，也有卧式的。这种工艺在铝合金中有广泛的应用，特别是壁厚较厚的铸件。该方法用于镁时存在一些问题，主要是镁的热容量较铝小的多，而且镁中有一定数量的脆性共晶体，这使得镁凝固时出现不同步性，所以，完全的无紊流充型是不可能的，且共晶体凝固时在压力作用下会在铸件中产生偏析。触变模压法是用镁合金粒为原料的铸造设备，它与注塑设备很相似。镁合金粒不断喂入电加热螺旋，在剪切力作用下产生触变浆料，把浆料快速压入和螺旋相接的模具接口。现在该方法主要用于生产电子工业用的小部件。二.触变模压技术在镁合金中的开发应用触变模压也有人称之为射铸，它是半固态金属成形方法的一种，它有助于世界金属铸件和近终形零件销售市场的发展。触变模压技术是一种混合式工艺方法，它将金属压铸技术与塑料的注射模压技术相结合。该工艺过程利用金属的触变性（一种物理状态），当向材料施加剪力时，使浆料状半固态材料的流动性变大，从而将其注入模中，形成最终零件。本文除介绍该方法的工艺过程、基本原理，与铝、锌、镁压铸工艺的成本对比以及该工艺的优点外，还详细介绍了美国DOW化学公司的研制开发过程。1.触变模压工艺（1）对工艺过程的描述触变模压是一种将固态合金原料加热至半固态温度，然后将其施加剪力后进行注射模压的方法。该工艺类似于塑料工业中的注射模压法，目前已由DOW化学制品公司在一种专用机器上为金属生产而加以完善。此技术明显优于需要胶合期和后续烧结期的粉末金属注射模压技术，且与后者有明显区别。如塑料生产工艺一样，金属原料要变成软物质注入模中。这便形成了不仅在外观上还是在性能上都比传统压铸件好的最终全金属零件。这样，一台单个机器可以将原材料转变成近终形状的金属零件，而且可避免传统熔化过程中的熔剂、熔渣及废料。对于触变模压来讲，金属进入模子时就已经为半固态形式，与此相反，生产普通铸件时，金属液体进入模子时为跳射水流或雾化弥散状态。这可使气孔率低于压铸生产中的气孔率，同样也可使半固态材料的固化收缩率更低。DOW化学制品公司已获得专利的触变模压机是一种混合式设备，使用时将金属压铸技术与塑料模压技术相结合。图1所示为说明该装置主要组成部分的示意图。模子夹具类似于目前工艺水平的300~400吨压铸机中的夹紧装置。注射系统由一个高温螺杆装置和与传动系统相结合的圆筒组成，这样，便可在对合金加热的过程中，对其向前推进并剪切。螺杆往复高速射入系统可将触变浆料（固态部分达65%）在高速及高压条件下射入模子，然后再在下次循环所用浆料的形成过程中慢慢将螺杆缩回。系统的加热由可使室温供料达到550~580℃工作温度的电阻和感应元件共同完成。这种成份和温度条件可使所供原料处于图2103 相图中的固态和液态区之间。它是在所供原料通过螺杆装置往复运动工作周期的复合线性位移过程中完成的。原料可由DOW公司提供，也可由一些其它的自由生产商提供。供镁时，镁含量容易超出其含量要求。原料装在桶内进行运输，其粒度为所选合金（如AZ91B或AZ91D）的8号（1/4²碎屑）。预计合金块的原始费用为10分/磅。随着体积的增大，一种更廉价的粒化合金将会被推广到市场中。向触变模压机供料时，可以实行自动化供料。预先可将各弥散体加入该供给系统中，并由高剪切力使其充分混合，这样便可开发出一条可行的金属基复合材料组成的低成本工艺。触变模压机装备有电子计算机，并且计算机可进行16小时连续运行指示，即按每分钟进行一次射入动作，可发生2000次射入。这套工艺程序配备3人，但在生产中一位操作人员可操作3台机组，每台机组每年可生产600,000磅的模压件。DOW指示装置是由EXCELLO根据DOW公司技术规范（铸造速率50磅/小时，Mg的最大射入重量为1.5磅）进行设定的。第二套装置的额定值为：Mg的最大射入重量为3.5磅，铸造速率为270磅/小时。这种装置正由HPM公司（作为HTIXOMAT公司领有许可证者）为Lindberg公司设制。图1：触变模压机主要部件示意图镁—铝相图图2：给出在触变模压温度条件下AZ91D中含铝9%时的固-液态连接线的镁-铝二元系相图（2）.触变铸造工艺的部分历史固态/液态（触变）金属铸件的一般原理由麻州技术研究院的MertFlemings和RobertMehrabian教授发明，包含在：1.美国专利№3,902,544，专利发布日期：1975年9月2日。2.美国专利№3,936,298，专利发布日期：1976年2月3日。它有若干个优点可以证明这些浆料的触变特征。1970年DOW公司通过BOTTELLE研究院的一个商业广告开始触变铸件的研究工作。至1980年，DOW公司已设想出把塑料注射模压技术应用到金属中的环节，并将该项目引入工厂。到目前为止，DOW公司已花费10,000,000多美元用于该原理的研究，进行工艺开发及市场开发。进行模型实验的最终结果是非常成功地应用于健身自行车外壳（见图3）、挡风刮水器壳体及手钻壳体盖。最后，2000件测试铸件连续运行16小时的可能性相当差。在此技术方面已有32篇DOW工程报告发表。这些报告已被转送到THIXOMAT公司，以作为DOW/THIXOMAT技术交换及训练计划的一部分。总之，与普通高压压铸相比，其工艺流程被大大地简化了（见图4）。图3：触变模压的AZ91D健身自行车外壳尺寸：法兰直径为12英寸，毂高为1.5英寸，法兰厚度为0.1英寸，铸件最小厚度为0.040英寸（法兰边缘薄片孔口处）。液压压力的严密度及法兰的平直度较HPDC大大提高。传统压铸模具中心浇口的射入重量为1.25磅。103 图4：触变模压流程图图中未显示出熔炼炉及溶剂，但显示出回收废屑返回到触变模压机。DOW公司已授予THIXOMAT公司作为世界独家允许使用DOW专利、技术诀窍及相关技术的公司。现存的和正在进行编写的专利文件有：1.Busk,美国专利№4,694,881,发布日期：1987年9月22日。2.Busk,美国专利№4,694,882,发布日期：1987年9月22日3.触变Mg注射模压设备及金属基复合材料的触变技术，专利由DOW提供。这些专利已在世界各地广泛申请，并且专利1和专利2已在22个国家中发表。DOW公司的参谋机构将专利等级评定为强。2.触变材料的流变学触变流称为层流，与类似于湍流雾化喷射的正常压铸流不同。流性（复杂近终形状铸件的理想质量）随剪切率、固态相颗粒的体积百分比及温度而发生变化。用力搅拌半固态材料时，在正常情况下产生的枝晶固态颗粒组织被分离成圆球状。施加剪力时半固态合金变成粘度>1泊的粘稠流体。以前做过的多项实验都显示出，通过改变粘度可获得具有良好性能的层流。对Sn-15%Pb进行的动态电影实验证明：与纯液态金属相比，层流的喷射量更少，收缩气孔更少，并且模中的气体积留也更少。触变模压合金浆料显示出平稳的流动性，其特征是具有稳定的冲压前沿。这便预示着空气积留量将会减少，并且气孔率将会显著降低。Turng已经注意到层流可大大降低压铸工艺数学模型试验的复杂性。如果触变模压技术可以象注塑技术一样标准化，就无需溢流便可将金属零件触变模压成其近终形状的零件。讨论触变合金流变学时，主要讨论合金的流动性。它是衡量半熔融金属在凝固并停止流动之前可在通道或模制件中流动的距离。由于流动性测试试验通常用于测试衡量铸造行业中的可铸造性，因此流动性是一个实际值。一般情况下流动性与粘度为逆相关系。触变合金流动性的测试情况已由Assar等人、Pai等人作出报道，并且已由Turng进行分析研究。流动性随着固态组分（fs）体积百分比的增大而减小，并随着剪切速率的增大而增大（见图5）。当fs=5时，随着剪切速率从250/秒增大到1000/秒，Sn-15%Pb合金的流动性将会增大40%。图5：剪切速率及固态组分百分比对触变Sn-15%Pb流动性的影响显然，在剪切速率不断变化的过程中，触变模压机具有或调整螺杆旋转速度或调整注入速度的灵活性。此外，通过压缩流动横截面可以实现在模的设计过程中增大临界接点处的剪切速率。将fs从0.5减小到0.35时，将会使流动性增加14%—20%（与剪切率相关）。而触变模压机通过对存储器区的温度进行误差不超过±2℃的精密控制，便可对fs值进行相当精确地控制。图6显示温度对Sn-15%Pb合金流动性的影响。图6：温度及剪切率对触变Sn-15%Pb流动性的影响温度增高25℃时，可使Sn-15%Pb的流动性增大100%。同样，温度增高30℃时，可使Al-10%Cu合金的流动性增大200%。当然，根据固态+液态相区中相的关系，当温度增高时可使fs值减小。流动性是对Sn-15%Pb103 合金整个加工状况的体现。固体颗粒的尺寸越小，并且固体颗粒中存有液体积留时，合金中的流动性将会越大。3.结晶组织触变模压浆料及最终产生的近终形状零件的结晶组织随着触变模压过程中各种条件的变化而变化。而加热周期、螺杆装置的剪切率、持续时间，以及存储器区中的温度和模压过程中的温度及剪切率都是重要的影响因素。图7：触变模压机筒内温度简图，把THIXOMAT“冷”周期与M.I.T.的“热周期”进行比较。第一个因素是DOW加热周期，把它称为“冷”周期。如图7所示，在施加剪切力的过程中,供料只加热到获得注射用fs值时的理想温度。避免了M.I.T.复杂的熔化加料的“热”周期及后续的冷却过程。对固相组织的大部分基本研究都是以热周期为基础的，不适用于触变模压机中形成的的组织。尽管缺少冷周期数据，但我们仍可以定性地描绘出其组织的构成。当对供应原料施加剪切力，并使其向存储器区方向移动时，可通过与筒内壁的接触面而对所供原料进行加热。已分解的共晶体之类的液态相，首先在先前凝固的最不适合的大团的颗粒中形成。在剪切/加热的过程中，随着液态相体积百分比的增大，固体颗粒变的松散，并进行着激烈的剪切。这些固体颗粒中可能含有夹裹液体。在这些因素的作用下，发生枝晶断裂。固体颗粒上的突起物（比如枝晶壁）断裂，成为新形成固体颗粒的小晶核。这样，当固体颗粒的数量增加时，固体颗粒的平均尺寸则会减小。同时固体颗粒的平均成份趋于相图固—液态连线的平衡成份。但是，固体颗粒的各部分不可能达到M.I.T.“热”周期时的平衡成份。触变模压机在几秒钟内（1/20秒的工作周期）赋予通过螺杆装置给定体积的合金100/秒的剪切率。由文献资料可知，随着搅拌温度的降低，fs值从15%升高到35%，Zn颗粒a的平均直径在30~40mm范围内。在低温条件下，并且将施加剪力的时间延长5~20分钟后，可提供较高的fs值，而颗粒尺寸增至70mm。更重要的是，出现了200—300mm的玫瑰花形物及成串物，这是由15~30个单独颗粒凝聚而成。这说明可通过控制实际温度及缩短触变模压机的工作时间预先防止出现有害的成长机构。在搅拌铸造的Al-Mg合金中可看到有某些颗粒凝聚的迹象，这些颗粒凝聚在Zn-Al中，产生了玫瑰花形物。当Al及不锈钢中剪切率高时，这种凝聚的可能性被减至最小，而固体的百分比小（温度高）。玫瑰花形物使固体颗粒中夹裹一些液体，从而缩小了固体颗粒间的液相。这样便可使凝聚现象更加严重。让我们回头再看一下触变模压机，浆料通过单向阀进入存储器后，在预期注入温度±2℃条件下，滞留时间按照射流间隔的程序，即20秒钟。由于存在着剪切力，固体颗粒仍有可能适度地变粗；但通过避免温度下降可减弱此现象。由于枝状结晶的生长会使颗粒增大，并将许多颗粒固定在一起而不进行触变，所以关健是要避免存储区任何散热现象的发生。人们已经注意到触变钢中枝状结晶的生长情况。从仅有20微秒的注入时间来看，我们可以预料到固体颗粒在大小尺寸上只有非常微小的变化。在一次注入冲程中剪切率可能达到1000/秒。在有限的断面及狭窄的入口处，剪切率及温度可能会升高。由此可能会减小固体颗粒的体积百分比。这种体积百分比的减小和剪切率的增加使流动性中的自补偿提高，这样有助于填充薄的断面。由于凝固作用，Al、Mg和Zn触变合金都表现出圆形的a相，而不是压铸所表现的较粗枝晶a相。这种圆形的a相由团块中（在触变温度下为液态）的精细共晶显微组织包围。总之，当螺杆装置剪切率高、存储器区中无温度下降的时间特别短，以及触变模压机的注入及剪切率高时，可获得最精细的显微组织。由于每个随机取向的颗粒起晶核的作用，所以晶粒度由固态颗粒的尺寸及数量来确定。因此，这个过程不仅对固体颗粒的细化进行控制，同时也对近终形状模压件中的晶粒细化进行控制。在含铜4.5—10%的Al合金的研究中，Prassad103 测定出加工条件的影响是随着合金成份的改变而发生变化的。温度和剪切率之间的复合作用力通过成核和固体颗粒的生长之间的基本竞争体现出来。在有些合金中可以使用高剪切率来促使成核。这就产生了许多粒度较小的固体颗粒，这些固体颗粒成为触变模压零件中的细小晶粒和显微组织。触变模压合金的显微组织比压铸件的普通枝晶组织更加类似于双重组织（见图8）。在Al、Mg和Zn触变合金系中，各种接近圆形的a颗粒形成一个相，这些a颗粒在合金中的含量少且比较软。双重排列中的另一部分是颗粒周围富含合金的硬的共晶体。这样的双重组织可提供改进机械性能的唯一的合金化机会。图8：该图放大200倍，来自于“冷”周期触变模压AZ91D的显微组织。所示无枝晶圆形a颗粒在触变模压温度条件下为固态。a颗粒之间精细的共晶体是由触变模压温度下液态相而来。许多共晶体在来自于夹裹液态相的a颗粒中。4..各种合金系的触变温度许多研究人员在实验基础上已经证明了许多合金系触变加工的可能性，各种合金系的触变温度见表1。Sn、Zn及Al基合金在温度低于580℃（用于Mg基AZ91D合金）时可进行触变。而对于Cu、Co、钢及不锈钢合金，则需要更高的温度。表I显示触变的合金及其触变温度合金温度（℃）Sn-15%Pb200Zn,ZA-27465Al-4.5-10Cu-A38060056-571Mg,AZ91D580Cu,合金905940-980不锈钢1420钢,M-2,4340-Co,H31-5..用于Mg合金时所获得的结果该工艺与现在的镁铸造工艺相比，具有以下优点：（1）省去了传统镁铸造的投资。（2）可用灵活的自动化方法清洁铸造厂。（3）每个铸件的加工成本可降低10%。（4）使生产率提高。（5）废料少，并且易于回收。（6）加热过程中所需能量少。（7）不需要使用溶剂。最常用的合金是含有9%Al，1%Zn和为改进耐腐蚀性而含有低微量元素的AZ91D，该合金与其它合金的耐腐蚀性见表2。表2AZ91D合金与其它合金的耐腐蚀性能比较合金腐蚀损失*（毫克/年）103 碳钢铝合金380镁合金AZ91D30134*10天ASTM盐雾腐蚀试验与普通镁压铸件相比，目前镁触变模压近终形状的零件具有下列优越性。（1）.复杂形状零件中的尺寸公差更小。（2）气孔率较低。（3）具有较长的疲劳寿命。（4）用高强度合金可制成壁厚较薄的零件。（5）可大大提高可热处理合金的强度和延伸率。表3给出触变模压铸造和高压压铸部件之间机械性能的比较。当零件的尺寸相同时，与Zn压铸件及Al压铸件相比，触变模压Mg铸件的成本可较之分别降低41%和34%（见图9）。另外，模的使用寿命比普通压铸件长，循环次数更快。用镁合金这种新产品代替注射模压塑料可以获得强度及硬度更大的零件，同时更加“简捷明快”，更具有美学吸引力。其强度、耐热性及弹性模量高，热变形度小，而且在塑料表面上的标志消失现象在触变模压镁铸件中不存在。通过用镁合金取代聚碳酸酯/玻璃模压件，可将成本节约13%。用其取代更便宜的尼龙/玻璃模压件，成本只需要增加6%。表3触变模压Mg与高压压铸Mg的性能比较类型零件气孔率（%）高压压铸抗伸棒3.2触变模压.抗伸棒1.7高压压铸.齿轮箱盖3.4触变模压.齿轮箱盖1.4类型合金屈服强度.ksi抗拉强度.ksi延伸率（%）高压压铸AZ91D23.130.53.3触变模压AZ91D23.430.63.9类型合金腐蚀损耗（密耳/年）高压压铸...............................AZ91D<10触变模压...............................AZ91D6相同尺寸零件的成本（用镁做的为0.5磅）图9：当零件尺寸相等时，将触变模压Mg的材料及加工成本与热室及冷室Mg、Al及Zn压铸件加以对比。触变模压碎屑复切及循环的节约潜能不包括在内。6..市场行情103 市场上已经习惯于镁压铸件，尽管如此，具有高级触变近终形状的零件有可能作为它的替代品而易于被人们所接受。在美国、欧洲和日本的汽车工业中，镁压铸件已经使用了几十年。最早使用这种铸件的可能是在1932年第一次使用镁的OPEL轿车的油泵箱。大众“Beetle”每辆汽车的前罩中需要43磅，菲亚特汽车需要65磅，包括各种内部及外部零件。好几个欧洲汽车制造厂都将镁制车轮作为标准设备进行供应。市场上现存的这些及许多其它的汽车、家用设备、办公设备及体育用品都使用镁压铸件，但现在可以用高级触变模压镁铸件来代替镁压铸件。而且，可加大触变模压镁近终形状零件的使用范围，以代替Zn和Al铸件，以及高性能的注射模压塑料。从此观点出发，在前面提到的每个领域内的特定可选用途或零件，在表4中列出。表4对于镁近终形状零件的潜在用途及零件汽车油过滤器接头手动传动箱空气冷却器罩前灯罩增压箱车轮离合器箱散热风扇离合器汽车放热孔摇臂罩自动刹车装置各种加油系统零件连杆及活塞办公机器设备打字机计算机外壳复读机加法机邮费仪计算器体育用品弓箭柄雪鞋履带式雪上汽车家用设备链式锯钻草坪割草机搅拌器血压检测器照相机雷达显示器木工水平尺太阳能输送器手提式锯研磨机真空吸尘器地板抛光机滑动式及电影投影仪磁带录音机摩托车后架缝纫机皮箱7..成本费用的分析前面已对触变模压的成本费用进行了举例说明，并将其与Zn、Al和Mg压铸件加工工艺进行了比较（见图9）。在相同尺寸的基础上，Mg触变模压的费用低于采用冷室或热室压铸法生产出来的那些合金。此费用约低于Mg热室法的10%。如果可以将废料进行复切，则可获得更大的经济效益。8..THIXOMAT工业联合组织THIXOMAT有限公司在触变模压技术的国际宣传及开发工作中是一个重要的联盟。THIOMAT公司对DOW化工公司开发出来的专有技术及专利的主体部分具有世界专有权。THIXOMAT公司的收入将从所得税、专利权税及许可证收入中获得，并从其用于开始开发新技术的回收费用中及从事盈利服务的公司中获得。103 该公司将发展一些合格的生产厂家，这些厂家将会成为领有许可证的生产者，生产和销售触变模压产品，由此THIXOMAT公司将可以得到来自许可证的收入。在每个主要市场中寻找合格的机器制造者，并批准其生产触变模压设备。因此，1990年1月HPM公司被批准进行生产。作为一种必要的保证措施，将对一些附加生产厂家发放生产许可证，当每台设备销售出去时都将会得到一定的费用。该公司的初期销售集中点将是触变模压镁合金，因为这是DOW公司大部分重要工作的基础。由三个投资者及该公司已对各种Al合金及其处理设备的应用开发工作作出计划。下一步将直接对金属基复合材料进行开发。THIXOMAT将寻找用于支持其R&D计划的外部资金，作为其拥有资金的补遗。在各种资助和联邦政府的计划下，这样的外部供给资金可用于铝及MMC方面的工程。为了能使THIXOMAT的初始基金发挥更大的杠杆作用，下一个目标将是促进此项技术在世界上其它一些地区的进一步发展，具体作法是对所选定的一些试点企业实行技术入股，但这些企业必须能够获得当地的资助费和研发基金的支持。THIXOMAT有限公司是一个密执安公司，总部设在AnnArbor,Huron,721E，邮编：MI48104。一次集资以后有以下股东：A.DOW化学制品公司B.USPC.Comalco（US）控股公司D.Lindberg公司E.GeorgeT.Spalding被看作关健业务伙伴的公司可具有辅助股票。DOW向此类公司提供相关技术，以回报其投资，并同意在DOW及THIXOMAT公司间所达协议中叙述的几个重要领域对他们进行支持。1990年1月8日由股东选出一个董事会，Comalco公司的RobertCarnahan,JohnMihelich、Lindberg公司的LeoThompson和GeorgeSpalding为董事，RaymondDecker为主席及董事。该董事会将负责政策方针和各种预算及经营合同的审批工作，由此来安排日常工作。公司的技术及销售成果将由技术咨询委员会（TAB）进行保证。成立TAB的目的是加强信息交流、在公司技术方针方面提出建议、提供技术反馈，并且宣传触变模压技术、专利及技术窍门工艺用途的新想法。TAB打算对触变模压技术的发展及开发进行相互审查。TAB由THIXOMAT公司的RobertCarnahan担任主席，成员有DOW公司的NorbBradiey、BillSchafer和PaulFrederick、Comalco公司的JohnMihelich、Lindberg的RobertKilbert、THIXOMAT公司的GeorgeSpalding、RicheyNewman、CurtJones及RaymondDecker。希望TAB将成为投资者间进行技术交流的桥梁。THIXOMAT可控制多个功能，其中包括：A.先后在DOW及Lindberg公司进行用户试验及设备认证零件的原型生产。B.世界各地的销售计划。包括宣传广告、市场研究、业务通讯、论文和报告会。C.工程计划方针，用于对投资方、领有许可证者及生产厂家提供保障。D.R&D计划，用于支持保障镁合金、铝合金、锌合金、MMC及改良的触变模压机。将寻找用于此类各种计划的联邦及地方基金。E.安排设备领有许可证者并执行领取许可证的程序。F.组织并管理技术服务公司。9..结论A.在世界范围内将触变模压技术用于镁合金的商业化生产已经具备。B.用于潜在用户及领有许可证者的原型生产由THIXOMAT公司承担。103 C.触变模压技术可保证近终零件的气孔率低、尺寸误差小且成本低。D.THIXOMAT公司将会将此工艺推广到Al,Zn及金属基复合材料的生产中。三.镁合金压铸生产方法实例（一）镁的无孔压铸技术—日本轻金属有限公司摘要无孔压铸法（在下文中称为PFD）是一种在模腔中充满氧气，使其与熔融金属相化合，从而防止产品中形成气泡而进行的一种特殊压铸方法。PFD方法能够利用压铸的最大优点，同时还能消除由于夹裹气孔而产生的许多不利影响。日本轻金属有限公司已经开始生产和销售高质量的镁铸件，以满足市场的最新需求。本文将阐述PFD工艺的原理，和诸如热处理、机械性能和耐腐蚀性等用PFD工艺生产的镁铸件的特性。此外，还将叙述通过使用PFD工艺生产的汽车用镁零部件，包括轻量轮和电子设备的开发和应用。1.引言为了推广镁合金在未来的应用，有必要使用适当的生产工艺研制新材料，并投入生产实践，这样才能满足节省重量、高质量、高强度、高精确度、形状复杂和低成本的需要。通常的高压压铸是用于生产接近最后铸件形状的方法之一，作为大批量生产汽车零部件和一般的工业零部件的铸造工艺，已经使用了许多年，并且由于如下优点随着汽车工业的发展而得到推广：·高生产率·高尺寸精确度·需要少的机械加工·光滑的铸造表面·能够铸造薄壁产品·优良的机械强度然而，普通压铸（下文称为OD）方法有如下缺点。由于熔融金属在高压下以较高速度注入模腔中，模腔中的空气受到挤压而被卷入铸件内部。这就引起了铸件机械性能的严重不均匀性，从而降低了铸件的可靠性，当铸件在高温下使用时容易严重变形，并且出现如砂眼现象等问题。PFD工艺作为克服这些关系铸件质量的基本缺陷的手段而得到发展。目前，每年生产6,000吨或更多的PFD铸件，其中大部分为铝制轮、电子设备和零部件。与此同时，镁由于其重量轻而作为一种汽车零部件的材料已经被采用，而且近来，作为计算机、办公自动化设备、声频和视频设备部件用材料，镁的需求急剧增加。同时作为高质量的压铸产品，也对镁有着日益增加的市场需求。为了适应市场需求的变化，日本轻金属有限公司利用其在铝生产技术方面（熔融金属的处理、铸造、金属回收、表面处理、生产加工和合金的研制开发，等等）的长期经验，以已经被证明是高质量压铸件生产技术的PFD工艺为基础，研制开发出了一种高质量镁压铸件的生产工艺。本文将介绍该工艺的梗概和用该工艺生产的产品的一些特点，称为“MAGTEK”，意指用高科技生产的高质量镁材料。2.无孔压铸技术（PFD）PFD工艺的基本原理如下所述。当压铸是在模腔中充满氧气的适当条件下进行时，氧气和熔融金属之间通过化学反应立即引起模腔内形成真空状态，压铸过程即在此状态下完成，从而获得了没有气孔的高质量压铸件。只有建立了包括从压铸机械到铸造过程各种参数的控制在内的整套系统，才能使PFD工艺工业化。这套系统由下面六方面的技术构成：103 （1）确定铸模结构，确保熔融金属和氧气之间完全反应以获得高质量铸件（2）系统的重要改进，包括射注套管的控制和水平冷室系统的碎渣清除，以及系统的润滑。（3）无气铸模润滑剂（水基石墨润滑剂）的开发。（4）适用与压铸的可热处理的铝合金的研制。（5）确定铸模系统，基本上被改造成三倍于压铸件的结构，使之能够生产如车轮等较大的零部件。（6）研制开发局部挤压铸造技术以防止凝固收缩孔的产生。自然，传统的压铸合金也适用于PFD方法，选择何种合金取决于产品特性的需求。这些技术的开发和确定使获得高强度、高可靠性、可热处理、可焊接和高密封性的产品成为可能。目前，这种技术越来越广泛的用于各种铝汽车零部件（图1），加热器用热交换器（焊接），大规格计算机零部件，计算机磁驱动零部件，镁合金车轮等。客车和摩托车用铝制车轮在1988年的使用率分别为28%和40%。随着汽车需求的增加，铝制车轮的产量也随之上升，每年的总需求量大约有一千两百万件。估计大约有6到7百万件的铝制车轮在汽车制造商（OEM）的生产线上被安装在汽车上。在这些铝制车轮中，PFD铝制车轮目前每年大约有700,000到900,000件。用PFD工艺生产铝制车轮始于1982年，之后，OEM用的总装货量合计约为2百万件。图2显示了用PFD工艺生产的不同构造的铝制轮（摩托车和客车）的典型范例。图1（a）用PFD方法生产的焊接引入管和（b）能量控制架（铝合金）图2用PFD方法生产的客车和摩托车用铝制车轮3.镁的PFD方法尽管镁压铸生产方法热室系统的技术革新也不容忽视，但大体积零件的成批生产和应用仍不可避免的需要用下面叙述的冷室系统的PFD专门技术。由于一般情况下镁与铝相比更容易与氧气发生反应，因此在氧气气氛中使用的PFD技术适用于镁。此外，由于镁与铁材料在一起活化性极低，所以镁几乎不会引起对铸模的软焊和腐蚀，从而对铸模的使用寿命有利。镁还允许脱模斜度做的很小，因而可以增加产品设计的自由程度。在模腔中氧气和镁的反应受浇口系统和射铸条件的控制。因此，镁和铝的压铸条件、射注条件，铸模构造和润滑方法的差异自然取决于镁和铝的可铸性、热性能和化学特性。由于镁在熔化/铸造时容易发生强烈的氧化燃烧，所以，用SF6等气体提供保护是有必要的，包括采取一些安全措施，这一点尤其是对镁要专门考虑。4.MATGEK的特性4.1产品的内在质量图3显示MAGTEK（用AZ91D合金生产）和普通压铸件0.5毫米切片的显微组织检查结果对比。经高温加热的（420°C´2：AZ91合金的标准固溶热处理温度）两组试样的比较结果在图4给出。两个图中都显示了OD由于射铸期间吸入空气而引起的如气孔、表面砂眼和变形的缺陷，而MAGTEK显示没有此类瑕疵出现，说明该产品的内部质量很高。这一特性使通过对其进行热处理来改进MAGTEK的强度和韧度成为可能，使在高温下使用和通过焊接生产复杂形状的产品成为可能。由于这些特性，MAGTEK非常适合于生产机械加工面无暇疵的零部件。图3由MAGTEK铸造的AZ91D合金机械加工表面的显微组织（与普通压铸比较）103 图4MAGTEK的机械加工表面高温加热试验的结果4.2.热处理特性本节将简要介绍MAGTEK的热处理特性，其主要特性之一如上所述。图5显示在相应时效温度下AZ91D合金（PFD）的人工时效现象（屈服强度的变化）。从中可看出一种趋势，即时效温度越低，得到的最大强度越高，尽管这种差异并不很大。在较高温度下的时效缩短了达到最大强度所需要的时间。在170°C典型的标准时效温度（T6）下，大约经过10个小时屈服强度接近饱和，而重力压铸件（在下文中称为GDC）需要16个小时或者更长时间才能达到饱和。MAGTEK较短的饱和时间归因于促使晶间沉淀反应（Mg17Al12化合物）的细晶粒，最终加速了时效硬化速度。由于其细晶粒结构晶间沉淀的均匀分布，使得MAGTEK的屈服强度比GDC的屈服强度高3到5千克/毫米2。从通过光学显微镜观测到的显微组织（图6中显示）可看出，MAGTEK与GDC之间在晶界沉淀分布上的不同显而易见。图5MAGTEK的人工时效曲线（AZ91D）图6MAGTEK和GDC的显微组织（AZ91D，T6）此外，细晶粒加速了固溶热处理期间沉淀物（主要是Mg17Al12共晶体）的扩散和溶解，热处理大约2个小时，即可获得较高的机械性能，而GDC材料的固溶热处理至少需要16个小时。MAGTEK可以称作一种节省成本的热处理材料。而且，甚至在固溶热处理之后通过气冷（但在约为100°C/分钟或更高的冷却速度下）也能获得充分的机械性能，这样便消除了铝压铸产品中经常见到的诸如在水淬期间引起的扭曲之类的问题。如上所述，由于适合MAGTEK（PFD材料）的热处理种类繁多，所以可以选择适用于所需机械性能的各种热处理条件。4.3.机械性能在表1中列出了MAGTEK（AZ91D，AM60B）、OD和GDC产品机械性能的比较。MAGTEK极好的内在质量确保了较高的延伸率，并且，如上所述，它的极细的晶粒使它的屈服强度、抗拉强度和硬度比GDC材料的这些性能都高。MAGTEK在T4状态进行热处理后，在耐冲击方面得到显著改善，这也是MAGTEK的特性之一。由于通过热处理可以进一步改善MAGTEK的强度、延伸率和韧度，其可减轻重量的优势与PFD工艺的一个特性—薄壁压铸一起便可得到充分利用。4.4.疲劳性能图7显示用PFD方法生产的MAGTEK（T6材料）和铝合金DX-30（Al-9%Si-0.3%Mg系）车轮的S-N疲劳强度曲线。在较高周期疲劳（107周期）中，MAGTEK保持9.5-10千克/毫米2的强度，几乎等于DX-30合金在同样情况下的强度。图7MAGTEK的疲劳强度（AZ91D/AM60B）就其所保持的疲劳极限（约9.5千克/毫米2）而言，MAGTEK不同于铝合金。疲劳强度和寿命尤其受表面和内在缺陷的极大影响。与OD材料相比，由于MAGTEK没有极易成为压力集中成因的空气气孔缺陷，所以，它拥有较高的内在质量，不太可能引起疲劳裂纹。这种疲劳性能确保了MAGTEK103 用于安全性零部件时具有较高的可靠性。4.5.耐腐蚀性一般认为镁在耐腐蚀方面较差，最近，由于高纯度材料和能够有效防腐蚀的表面处理方法的研制开发，镁的耐腐蚀性得到改善4)。图8显示AM60B合金和铝合金（DX-30，铝车轮合金）腐蚀试验的结果。图8盐溶液喷射试验的结果（960小时）尽管试样的横切深达底部，但在进行960小时的盐水喷雾腐蚀试验之后几乎没有引起任何腐蚀，这一点可以与铝合金相比。对镁试样所做的表面处理应不同于铝合金：用铬酸进行化学处理，阳离子酸洗液电镀，而后附着3层涂层。对铝试样使用涂2层底料再涂2层烤漆的方法进行表面处理，用于汽车铝车轮。从以上结论中可得出，对高纯度镁金属进行适当的表面处理，可以证实镁在大气中的耐腐蚀性有显著提高，超出了传统的镁的概念。5.典型应用实例5.1摩托车用镁车轮（本田NSR250SP）在世界上，作为标志装备的镁车轮首先用PFD技术生产出来（图9）。与砂铸车轮相比，已经实现批量生产的PFD技术，使车轮的质量有了相当大的提高。作为1988年式样的前轮，其直径为17英寸´3英寸，重3.5千克；后轮为18´4英寸，4.7千克。图9用PFD方法生产的摩托车镁车轮（本田NSR250SP）这些比铝制车轮轻20%的镁制车轮，通过减轻非加在底盘弹簧上的重量，获得极好的路面控制能力，从而得到轻便的可控性。镁制摩托车轮的年产量约为7,000件。三年累计的总和约有20,000件，模式上有很小的变化。使用AM60合金，在T4条件进行热处理。5.2.参展小汽车用镁制车轮（丰田4500GT“）此种已经研制出的丰田参展车轮，在第28届东京汽车展览会（10.26-11.6，1989）上展出。由于使用了无孔压铸技术，得到了高质量的车轮（图10）。为了满足车轮的结构，压铸使用了型芯，以允许制动温度的恒定冷却。这种车轮的尺寸和重量如下：前轮：17´8英寸，8.8千克后轮：17´9英寸，9.6千克这种车轮具有满足300公里/小时高速行驶的高机械强度。使用AM90合金，热处理采用T4条件。已经为20辆汽车生产了80件这种车轮。图10由PFD方法生产的丰田参展小汽车镁制车轮（丰田4500GT“）5.3多层镁制支架（东芝计算机零部件）103 随着计算机速度和精确度的提高，要求减轻磁头附着支架的重量，以便降低驱动电动机的负荷和转动惯量。尽管镁制支架符合这种需要，但多层支架还应满足更多要求，如低产品成本、高精确度、支架附着表面没有缺陷等等。使用无孔压铸技术研制开发的多层支架能够满足上述要求（图11）。图11由PFD方法生产的镁计算机部件至尽已有3,000套多层支架发货，并且根据预测这种类型的多层支架的需求还将增加。6.结论在镁压铸件中，用于结构材料的需求逐年增加，但日本市场上每年对镁的需求却很少，估计约有1,500吨（1985年）。由于它的传统技术问题（耐腐蚀性、抗氧化作用和安全措施）有了显著改善，同时它的轻量适应来自汽车和计算机领域的需要，这些都将使它的需求在未来显著增加。此外，急切期望研制出高质量镁制零部件的生产技术。已经用于生产如计算机零部件和摩托车轮等高质量材料的MAGTEK，在将来会面临技术和经济上需求的急剧增加。为了适应这种需要，我们必须提高MAGTEK的可靠性和完整性，发展新的用途，尽最大努力用于MAGTEK自身产品和生产技术的改善，推广高质量镁压铸产品的应用。（二）热室镁压铸在计算机高科技领域中的应用1.概述虽然镁因其成本高，易腐蚀，难精整和易燃烧的缺陷使人们对它抱有偏见，但是镁压铸的物理性能还是吸引着设计者的视线，越来越多地将镁压铸应用到计算机和电子零部件上。芝加哥白金属铸造公司用一台传统的热室镁压铸机进行镁合金零部件的压铸，该公司在其它金属和塑料工程基础上发扬了非熔剂热室工艺的优势。这些优势包括：循环速度加快，收缩速率稳定，有效消除腐蚀，压下量减少，壁厚变薄，无气孔，模具使用寿命长，机加工减少。本文对热室镁压铸件在计算机领域的广泛应用进行了回顾，并且对镁的特殊性能是如何使每一零部件受益进行了强调。讨论的例子包括一个计算机承载框架，一台带状升降机，一个手臂和一个在其它零部件中的音圈。镁压铸件的设计者和用户听取了大量关于镁压铸方面的意见及其在大量广泛的零部件领域的应用中体现的价值。镁作为一种铸造材料，当然曾风靡一时。而早在半个多世纪以前，镁压铸件就已在Volkswagen首次登场。作为一种新型的工程材料，镁金属已和高性能塑料一起应用于计算机行业中。随着镁压铸件重量减轻、镁的有效利用率的提高，以及相对于铝的变化的价格预算，镁压铸件在计算机和电子工业中的应用已牢固地确立下来。但是，由于用户对镁抱有极深的误解曾经使镁压铸市场受到阻碍。芝加哥白金属铸造公司为此做出巨大努力来消除这些阻碍，特别是在计算机行业，采用广告和销售支持材料形式来改善这种局面。芝加哥白金属公司，位于Bensenville,IL,拥有一台传统的镁、铝、锌压铸机。它的6台自动热室镁压铸机，压铸范围为200-350吨，使之成为北美拥有最大该种设备之一的公司。设计者始终认为，作为一种压铸材料，镁的价格昂贵而不适于使用，镁还极易腐蚀，而且难于进行精整处理。另一众所周知的缺点是镁的易燃性，压铸容易造成危险而不采用。现在，我们拥有上千个有见识的公司所积累的实践经验。他们结论性地证明了镁压铸件能生产出各种性能优、成本低的最终产品，而且绝对安全。2.新的经济状况103 让我们来分析一下目前镁压铸件的经济状况。毕竟，如果你不能确定镁的实际成本，镁的市场就会急剧下降。已经出现了镁锭和铝锭之间价格差的明显减少。这种铸锭的价格差异已经通过使用新一代热室压铸机而弥补。过去，大部分镁压铸都由冷室压铸机生产，正如只能用冷室方法生产铝压铸件一样。但是当今的自动热室镁压铸工艺运行的循环速度比铝压铸工艺运行循环速度快30%。热室工艺用惰性气体取代盐熔剂以防止熔融镁暴露在空气中。结果表明，用热室工艺熔化损耗要比冷室系统少80%—90%。结合使用新型耐蚀、高纯合金，事实上该工艺过程已消除了腐蚀。当然，镁比铝的热容量少，在模具中凝固过程较快。因此，热室压铸机快速循环压出的铸件比铝快20—25%，从而缩短了循环时间。事实上，热室镁压铸件不产生气孔。这主要是严格控制熔融镁温度和在压射前消除来自金属的空气的结果。镁压铸件具有优质而细密的内部结晶组织和表面光洁度。这是一个允许保持额外临界公差的可预测的收缩速率的结果。图1使用在计算机上的镁压铸件热室压铸工艺与镁的物理性能相结合给出计算机设计者们一个答案：镁与其它金属以及与许多工程塑料在成本上是可比的。例如：用一个热室镁压铸件代替一个由充满石墨的工程热塑料模压的承载框架，重量相差不到14.1克（1/2盎司.）。这是一个从塑料到镁的精确转变例子，不需要再设计任何其它零部件。这个有35个孔的新零部件铸造到尺寸在—.000和+0.05mm(.002”)的范围内。通过采用侧芯，一些铸件表面铸造的压下量为零。用热室压铸工艺代替其它工艺可节约大量成本。砂型铸造镁的磁盘驱动滑架（图2）上的所有孔和槽都是经过机械加工的，经二次设计后用作热室镁压铸，这些孔和槽都可铸造达到规格。用镁压铸代替砂型铸造，通过去除对孔和槽的事先加工，每个部件可节约60美元。图2镁磁盘驱动计算机滑架当零部件必须在应力和抗弯曲条件下进行压铸时，镁是设计者最好的选择。花费两年时间开发出的轻量化零部件是一个要求具有较高灵活性并要严格保持极限临界公差的小型滑架臂。压铸件内有三个三角形断面，与精确位置的误差只有0.025mm（.001”）。到目前为止，芝加哥白金属公司已生产了重量约为1.013kg(21/4磅）的最大和最重的镁压铸件，它是由铝压铸工艺转变而成。该零部件是用于空间卫星抛物面天线后的一个反射和控制支架。与以前的铝铸件相比，该零部件不仅重量轻而且极大地降低了成本。所有的孔都铸造达到了规格。采用自攻螺丝可以使机加工减少约65%。对于计算机应用所要求的一些非常小的铸件，用热室镁压铸工艺也是一个好方法。一个尺寸为10.318mm´9.525mm(.407”´.375”)的厚板就是例子（图3）。实际上，对那些现有刻度太小以致于不能单独度量的零部件的铸造和机加工是非常关键的，这些部件机加工时几乎所有的公差都保持在±0.005mm(.0002”)范围内。这种铸件的加工成本约为该铸件本身成本的15倍。原本为熔模铸造工艺生产的打印机滑架，二次设计后改用热室镁压铸工艺，可以使用户对铸件的机械加工减少到只钻几个孔和铣两个表面。这样既可以极大降低成本又可以改进零部件。零部件重量是关键因素，因为重量精确的零部件可以稳定地移动，而且成批部件的重量是部件最终组装运行的关键。103 图3仅10.318mm´9.525mm(.407´.375)的计算机用厚板小型热室镁压铸支架是原本在时效冷室镁模具上铸造的一个零部件的例子。现在，该部件可以使所有的尺寸都铸造达到规格，另外再修正毛刺，所包括的唯一的二次操作是开2个4—40的孔。从零部件体积就可判断出整个新的切削加工花费。这也是进行总装前化学镀镍铸件的例子。3.气孔消除在对计算机零部件进行铸造时产生的气孔是一个值得注意的问题。先在欧州冷室镁压铸机上生产尔后又到美国同一个公司用熔模铸造法生产的驱动臂。国内的机构拒绝购买源于欧州冷室压铸法上生产的零部件，因为经此铸造的零部件孔隙度高。所有的零部件重新设计后进行热室镁压铸，试验表明按照所有要求进行机加工后没有气孔。目前这种零部件在美国广泛地用热室压铸法进行生产。欧州方面正考虑从芝加哥白金属公司购买这种热室法生产的零部件。用于计算机打印机上的带状升降台是代替塑料零部件不要求对零部件进行相应改变的压铸的例子。这种带状升降台的完善是非常重要的，因为在计算机打印机的高速运行中必须具有挠性，因此，必须使气孔达到最低限度。我们可以通过对浇道口和溢流进行精确的计算机化控制来做到这一点。该零部件壁厚可达到1.016mm(.040”)。新的切削加工和热室工艺使零部件上所有的孔都可以铸造达到规格，只需休整毛边和进行所要求的最后涂层即可。计算机磁头臂（图4）原本是由一个后来不从事镁生产的铸造商用冷室压铸法生产的。由于需要切削加工，所以又变成了热室镁生产。对零部件进行生产时，出于各种实际需要目的，对其进行了所要求的大量机加工，结果均未发现气孔。图4铸造状态的计算机磁头臂（左），机加工、修毛边和涂漆后（右）图5所示的音圈是另外一个要求铸造必须达到机加工后看不出有任何气孔的计算机零部件。音圈的整个外径和内径都变的取消了所有的压下量。图5音圈压铸件图6经X—射线检查音圈压铸件内部组织无气孔通过对浇道口的计算机化控制和热室生产，芝加哥白金属公司已能够生产约275,000个铸件，这些铸件无一因机加工问题而遭淘汰。4.精整可采用的方法热室工艺中无盐熔剂排除了由熔剂污染铸件引起的精整问题。最终的镁压铸件由于其经各种各样的防护和装饰外观处理而被极为广泛地接受。重铬酸盐7，铬-锰22和铬—酸洗液20是三种最常用于冷室以及热室镁的化学表面处理试剂。用于镁压铸件的两种阳极氧化处理（按照每个军用技术条件进行处理）是碱性方法HAE，所产生的颜色为淡褐色，Dow17酸性工艺会使铸件颜色成为黄绿色。将这两种阳极氧化处理进行对比发现二者非常类似。二者均有优质的着色基础。在不密封的情况下，二者均不应用于防护，一旦密封他们则具有中等到高等的防护能力。二者均可作薄或厚的涂层。二者中，HAE具有提供表面更坚硬、更耐磨的优点。预处理后，可以对镁压铸件进行范围广泛的表面涂层。常用的表面精整包括应用广泛的E—COAT环氧树脂涂料，粉末树脂，溶解基地涂料和化学镀镍。103 正如我们所讨论的，无熔剂热室生产方法生产的铸件既有优质的致密性又有极好的表面光洁度。这些热室铸件通常很少要求机加工，当它们需要进行机加工时，热室镁压铸件当然要比其它金属更快而成本更低地进行。5.结束语这里是我们能够向产品设计者和购买者提供的高科技镁压铸和热室生产工艺所具有的优点的总结。1.压铸自动化，热室压铸系统是一个高速度的生产工艺，其压铸机的循环速度比铝快30%。2.模具中镁的快速凝固过程意味着大大加快了更加无暇疵铸件的压射，凝固过程中的收缩速率是恒定和可预测的，允许铸件保持极小的公差。3.无熔剂工艺生产的铸件95%无盐熔剂污染。这意味着所提供的喷涂表面是理想的并且腐蚀问题达到最低限度。当与新的高纯镁合金结合时，事实上，目前在任一应用场合都能够保证其耐蚀性。4.压铸件的压下和锥形间隙角比相同铝铸件所要求的少25%—一个主要设计优势。5.更薄的壁厚保持极小公差时可采用热室镁生产方法，而且强度不受损失。例如，一个镁磁盘驱动滑架要求铸件壁厚断面达到0.508mm(.020”)6.事实上，热室镁压铸件无气孔。它们优质的内部结构能满足任何机加工的要求。7.与铝相比，镁可以使用户获得极其长的镁压铸模具使用寿命——是压铸铝铸件使用寿命的5倍。8.除了重量轻外，镁还具有许多其它优越的物理性能。镁压铸件还可以设计达到高达2,500---3,000Psi的加工应力，并且可达到短期最大应力为10,000P.si。当结合重量将塑料和镁的其它性能相比时，再加上热室技术，压铸镁零部件比广泛应用的许多工程树脂更富有成本竞争力。镁压铸件为零部件需要固结的产品设计者提供了更多的机会，它很少需要紧固和连接，而且很少需要加强肋和其它加重部件。客观地说，计算机产品设计者应该把镁作为压铸材料重点考虑。就当今热室压铸技术而言，镁为计算机制造商提供了以更低的成本提高产品性能新的机遇。第五部分镁合金熔炼及加工生产设备一.适用于镁铸造的熔化及合金液处理设备StrikoWestofenGmbH(德国史杰克公司)HorstDoersam*本文介绍常用的镁合金熔化和重熔设备以及对其发展前景的预测，特别介绍“室内再生”镁合金重熔设备。1.镁锭预热加料机由于镁与水分的爆炸反应，必须将干燥的材料加入到炉内，这一点非常重要。对于小型炉子，镁锭被放置在炉盖上预热，这种方法是有危险的，操作工人如操作不当，将引发事故。最好的办法是使用镁锭预热加料机。预热加料机可以利用空气循环，然而加料前镁锭必须从环境温度加热到150℃以上。这里以加料机StrikoDynarad系统（专利）为例，合金锭通过手工插入旋转加料盘中，加料盘旋转经过上部的加热区，按照炉子内液面传感器的指令，合金锭被推出到一滑道内，当检查达到最低温度后，镁锭通过滑道门滑入熔化炉的金属液中。加料机可加热小于加料盘格的各种尺寸和类型的合金锭。2.镁合金熔化及保温炉103 本文的重点放在用于冷室压铸的熔化及保温炉上。多数炉子采用电阻加热，只有少数为燃气加热，其原因是，虽然燃气较便宜，但电阻加热炉更安全。电阻加热炉不需要废气处理系统，而且，不会发生燃气中凝结的水蒸气与镁液接触。现有的最大熔化保温炉容量达到5400Kg,连续熔化率达到1500Kg/h。2.1单室炉系统这种炉子常作为熔化保温和铸造炉。须注意的是，熔池容积需根据每小时合金用量精确选择。否则，由于容积过小，熔池的温度会由于加料而引起很大变化。在被分割的坩埚中，纵然有时被称为有一个熔化和保温区域，但也存在同样的问题。2.2双室炉系统双室炉系统是最佳方案，因为一个用作熔化，一个用作保温，彼此独立。它的优点在于大部分温度变动和杂质只存在于熔化炉中。通过被加热的、温度可控的U型转运管转运镁液。镁液在被转运到保温炉之前温度已经被补偿。由于取液的位置在熔池中部，因此几乎没有杂质进入到保温炉中。这一系统的另一优点在于一台熔化炉可供应几台保温铸造炉，如热室坩埚炉。当然有个前提条件是它们需在同一高度水平和使用同种合金。瑞典Husqvarna就是它的一个很好的例子，已经投入生产很多年。2.3用于真空压铸的炉子此种炉型被制成标准坩埚炉或有一个由坩埚引出低位引液管的特制炉。然而，金属液一直是通过一个吸管从下部进入压铸机的模具或填充室中。同时，还需要一个带有真空装置的特殊模具，以便镁液可以被抽出炉子并吸入模具。2.4低压铸造炉该炉子同铝合金低压铸造炉相似，所不同的是坩埚内和炉体内均有压力。其优点是坩埚壁因为没有压力差而不会变形，这一点是非常重要的，因为在温度达到800℃时材料塑性很差。氩气可以作为坩埚内的压力气体，压缩空气作为炉内的压力气体。新的研究表明可以利用泵，因而只有泵需要耐压，而坩埚和炉壁都不需要，这是一个很大的优点，因为炉体和坩埚不必设计为“压力容器”。3.炉子设计所有的炉子都有一个共同点，即必须满足镁合金熔化的特殊要求。耐热炉衬必须选择隔热材料，一方面炉体由内到外能很好的隔热，另一方面可防止坩埚泄露时镁液和炉衬材料中的游离SiO2发生放热反应。在炉子设计中很重要的一点是，是否安装紧急出水口。如果坩埚发生泄露，金属镁液流出，必须保证随时备有一个干燥的带有保护性气体盖的收集罐。这一点在每一个铸造厂不是都能保证，大多数生产厂不要求炉子安装紧急出水口。因此，如果发生泄露，炉体也可作为流出镁液的“收集罐”。加热元件最好以并联的形式连接。这样，如果一个加热元件损坏，只会使总功率损失几个kW,几乎不影响整个加热功率。以前的加热元件只能串联连接，一个加热元件的损坏，将使整个加热元件的功率损失1/3。感应加热一般不用于铸造炉，但可用于重熔装置。熔化工序很少使用燃气，而燃油多用于重熔。主要原因是燃气中产生的水蒸气与镁液接触有发生水-镁反应的危险。4.坩埚坩埚材料及形状决定其使用寿命和是否易于清理。最好的一种坩埚材料是不锈钢，特别适用于薄壁坩埚，在钢板外还须覆以金属涂层。坩埚外部涂层的NiCr103 层可有效防止由于加热而发生的氧化。否则，如果镁液与氧化铁接触则会发生放热反应。在良好维护的情况下，这些坩埚的使用寿命很长。一般来说，坩埚外侧在经过几个月的使用及电加热后仍能象新的一样。而内侧则需要定期修补，尤其在不经常清理的底部区域。坩埚盖具有非常重要的功能，因为一方面在它上面有加料口、清理口和熔池热电偶的入口。另一方面它阻隔了金属镁与周围的空气。尤为重要的是，坩埚盖的密封作用可防止空气进入熔化状态的镁液中，而避免了镁的氧化和燃烧，减少了金属镁的损失。5.保护气体混合系统熔化状态的镁与空气中的氧和水分（氢）接触后，将发生快速而剧烈的反应，因此要避免空气进入到镁液中去。为此，盐类的使用曾经非常普遍，但目前很少使用。因为盐类的成分在铸件中不可能被完全去除，而且，盐类的残渣必须作为特殊废料以高昂的代价才能得以去除。使用惰性物质主要是不需经常开启，也不需考虑由于镁蒸气的形成而产生新问题。最好的选择是使用保护性气体，使其覆盖在溶液上。干燥的压缩空气同SF6混合产生一种高效的保护性气体。如果需要的话，CO2也可能作为第三种成分加入。SF6的需要量约占混合气体的0.3%。为生产混合气体，我们用“3种气体混合装置”，它可以预先调整，但仅仅可以控制加入炉子中的气体量而不能控制其成分。必须指出的是，保护性气体是一种反应性气体，它必须不断地补充以达到一定含量。应该提到，SO2可以作为保护性气体成分取代SF6，它的消耗量与SF6相似。值得注意的是，排放的SF6进入上层空气中，1KgSF6产生的“温室效应”相当于2.39x104Kg的CO2的作用。然而，与在其它工业中这种气体的使用量相比，铸造厂的释放量是非常低的。SO2是最合适的“替代物”，但是，与SF6比较，这种气体是有毒的，对健康有害，这种气体在工作现场的最高浓度规定不超过2×10-4。史杰克公司生产的SWYTriMixTMI型镁合金保护气体混合装置，其产生混合气体的量为560~800dm3/h；混合气体的调节比例（体积分数）为，空气50~100%，CO2为0~50%，SF6（或SO2）0.1~0.7%。6.镁合金液的填充系统镁合金液有以下填充方式：—手动舀取，用于浇注质量小的铸件。—取出式坩埚，并从坩埚浇注到模型中，主要用于砂型铸造。—机械注入，通过一个压力单元（活塞），用于热室压铸。—泵入到填充室中，用于冷室压铸机。通过一个气泵和脚踏阀以及虹吸管。在虹吸管内，金属液面始终比管口低一点（NorskHydro系统）。根据浇注信号完成金属液的定量，然后通过氩气压出。—活塞泵通过活塞输送需要的量，并通过一个双向阀使金属液流入。特别是在浇注流出前要短暂地保持液面的一定水平（Maucher系统）。—电控提升的离心泵，使金属液面始终比管口低一点（StrikoDynarad系统），并通过浇注信号加速使准确定量的金属液流出。—螺线泵在间歇时关闭来定量和填充金属（Rauch系统）。—感应泵通过它产生的磁场进行金属液的定量和填充（DOW系统）。103 —真空吸附系统，铸模中产生真空通过一个吸附管将金属液吸入（Vacural系统）。—在炉体或泵室内的高压使金属液升入到低压铸造模中。—在真空压铸中将金属液吸入到铸模中。上述金属液填充系统都或多或少地在实践中运用并得到证实。最重要的是镁合金液的定量以及采用那种熔化保温系统。7.镁合金铸造注意事项在镁合金铸造厂，操作者在操作镁合金方面接受全面培训是非常有意义的。在工艺操作和熔炼操作方面，建议采用镁合金供应商提供的关于人员培训的方案。尤其需要注意的是，不能添加受潮的材料，加料前需首先预热并用适合的工具清理残渣。清理坩埚、泵及设备，主要用5%的HCl溶液。需要指出的是，再次使用设备之前，设备必须适当预热。坩埚应该定期清空，清理并检查是否有裂纹、冲失的区域等。在大多数情况下，坩埚可以补焊后重复利用。8.重熔设备重熔回收的镁屑，最好是纯洁的。品质混杂的镁屑，只可以在特定的熔炼厂重熔后再返回到材料重复使用的循环中。目前，在市场上，初级供应商以全包价格进行销售，包括洁净的镁屑的回收。随着铸造厂产量的提高，这种方式已不能保证有可观的收益的持久的可操作性。因此，“室内再生”将会增加，将来会新建一些镁合金重熔工厂。重熔洁净的镁屑有以下设备：8.1双室炉系统这种设备在前面已介绍过，同样适用于添加洁净的回收镁屑，就象添加系统一样，可以直接将从铸件上切下来的热的镁屑加入到熔化炉中。这一工作在没有盐分的情况下进行，因此正常的铸造工艺不需要改动，当然它也许需要缩短清理间歇。这一系统很多年前已在NorskHydro得到应用和检验，其结果是，即使利用100%回炉料也可获得非常好的浇注质量。8.2带镁锭铸造机的倾转式坩埚炉（图1）在这一系统中，大量添加的回炉料在一个倾转的燃气加热坩埚炉中熔化，不必考虑预加热。熔化后，要不断地用气喷炉剂进行清理。静置金属液20分钟，它的表面要用保护性气体覆盖，然后通过一个短短的槽直接浇注到镁锭铸造机上。图1带镁锭铸造机的镁合金熔化保温炉根据气体保护的情况，不再需要在镁锭冷却线上加保护气体罩。4套这种类型的设备已经在一家知名的德国镁合金铸造厂投入使用多年。这种设备所用坩埚容量约为600Kg。8.3带有镁锭铸造机的倾转式预熔和保温/铸造炉（图2）它的结构与上面所述相似，但它外加一台熔化炉，并将铸造炉设计为保温炉。在这一系统中，回炉料在感应炉中被熔化，然后通过一个槽被转运到可倾转的保温炉中。在日常清理和合金处理之后，在镁锭铸造机上进行浇注。图2带有镁锭铸造机的倾转式预熔和保温/铸造炉103 8.4带有镁锭铸造机的3室炉系统（图3）这一系统在组合使用时不需要炉剂处理，而且可精确控制合金的质量。在这一系统中，洁净的回炉料由一个转速较慢的旋转切割机切碎，通过一个独立的筛子使之与小快料分离，在预热炉中加热，然后通过密封加料室加入到熔化炉中。在很多情况下不需要旋转切割机，在预加热后，大铸件甚至可以被直接通过一个加料室加入到熔化炉当中。这大大节省了切割机的投资及其维护费用。接着，金属熔液被泵入到2台保温/铸造炉中的1台之中，熔化炉内只有很少的余留量。在这2台保温/铸造炉中进行必要的金属处理及合金化，然后静置镁液再在镁锭铸造机上进行浇注。图3带镁锭铸造机的3室炉系统由于未来不断增长的需求，我们可以设想金属液可以由熔化炉供给几台保温/铸造炉。金属液供给的主要问题仍然是安全、顺利转运和保证每台铸造炉在同一高度水平并安全连接。8.5大的重熔设备（图4）为了完整阐述，我们还需要重提NorskHydro于1996年在Prosgrunn/Norway投入使用的大型重熔设备。这一设备的设计能力为1万t/a。回炉料从一个7.3m的收集箱中填入到旋转切割机内切碎，再将小块的材料直接加入到熔化炉室内。这种熔化炉被设计成一个罐式炉，无坩埚，分为5个室，以使镁液可以分别流到下一室中。在熔化罐装有加热电极的底部填充有一层盐，在其上是被另一盐层覆盖的镁液。炉料和盐液被一同加入到熔化室中。在这一过程中，盐液被泵出炉外盖在加料室炉料的上面。通过真空系统，取出一定量的金属液，然后转运到镁锭铸造工厂，加入铸造的坩埚转运炉中。图4大型NH镁合金重熔炉9.结束语以上是对当前被大量应用的镁合金熔化及保温设备的概括，如：不同的炉子系统、设备构成、镁锭预热及加料机、保护性气体混合设备、金属泵以及在镁合金熔炼操作上需采取的特殊措施以及一些必要的安全措施等。我们预计，冷室压铸机的填充将会从下部进行，这样，镁液将以分隔的形式进入到填充室内。我们特别介绍了用于铸造厂的洁净镁合金回炉料的重熔，以及无盐的室内再生过程。预计在随后的几年里，各个铸造厂为节约成本将大量增加自己的重熔设备。为了完善及更合理，还需要在这方面解决一些冶金方面的问题。整个设备技术大部分已经可以应用，但还需要不断地改进、发展，以适应每个厂家的生产要求。二.国外压铸机介绍目前世界上具备一定实力的压铸机制造工厂有60多家，其中有影响的工厂约16家，这些国家的机器在压射性能、设备精度、机床刚性以及电子计算机控制和自动化程度上各具特色。活跃在中国市场上的厂家有瑞士的布勒，斯洛伐克的维霍拉特，日本的东芝、宇部、东洋，德国的富来，意大利的意特、意德拉，美国的王子、HPM等。103 另外，近几年从不同国家进口的压铸机，就价格来讲，并不是统一按质论价的，主要与各国货币与人民币的比价有关，所以并不是价格愈高，压铸机的技术水平和质量愈高，购买时需加以分析。1.压铸技术发展对机床的要求压铸机性能是伴随压铸产品的复杂程度、技术要求和经济效益的提高而改善的，最终又以压铸工艺的改进体现出来。当今压铸机的发展趋势正走向大型化、自动化和现代化。这三个方面是有机地联系在一起的，因为大型压铸件成本可观，势必对铸件质量，尤其是内在质量要求很高，而大型压铸件毛坯的成本和加工后的压铸件成品价格之差又很大，因此，一旦因少量压铸件内在质量造成成品报废，其损失就可能是整批压铸件毛坯价值都无法相抵的。所以，一般要求大型压铸件的废品率在3%以下。据悉，某压铸件毛坯价格是10美元，加工后成本为100美元，若废品率为10%，则整批压铸件的价值和报废的价值相等。因此，目前我国较普遍的10%废品率对大型压铸件生产是不适应的。为了最大限度地排除人为因素对铸件质量的影响，高效稳定地生产出优质压铸件，并改善压铸工作者的劳动状况，发展了自动化。与此同时必须能精确地测量、调整工艺参数，对生产过程实施动态控制。高新技术引入压铸生产，取代了以往凭经验选择工艺参数（工艺参数随生产进程变化后不能急时发现），对压铸件质量又有检验外观、测量尺寸为主的传统做法，实现了现代化，从带有盲目性的手工操作走向科学化生产。目前，对我国大多数压铸生产还没有提出“三化”的要求。然而，随着改革开放在经济领域的深化，我国的压铸技术也有了较快的进步，除控制压射速度之外，已开始关注充型过程的充型速度、充型时间以及二次充型的有关工艺参数。以800吨压铸机为例，较先进的水平表现为：（1）压射速度V1呈抛物线状；（2）快压射速度V2=9m/s;（3）压射压强（比压）P≥100MPa;（4）充型过程中对充型速度的闭环控制范围与设定值的偏差小于2%；（5）压射压强、充型速度（V充）、合型力等工艺参数能自动控制；（6）充型结束时的压力冲击波△p→0；（7）机床本体及合模机构刚性好，压铸件飞边少；（8）配备有自动喷涂、自动浇注、自动取件等辅机，实现了单机自动化；（9）能在较差的环境条件下连续生产，安全、可靠。2.当前国外先进压铸机的简况2.1对二级快速压射过程实现了闭环控制合金液高速通过浇口时，（a2-a3）会产生局部能量损失，以压力降的形式表V2充示，即△P局=ζγ=——2g式中ζ—内浇口处的局部阻力系数γ—合金比重V充—充型速度G—重力加速度根据对压铸模中合金液的流态分析得知，通常V充在60m/s左右，因而△P局的值十分巨大，加之合金浇注温度、模具温度、浇口形状、模具表面温度、状态等等的影响，△P局103 是波动的。若压射系统的充型能量不足，则△P局会反过来影响V充，使充型速度下降。而充型速度是影响压铸件质量的关键因素，所以一旦设定，就要求在充型过程中监控、随时间修正，保持在规定的波动范围内。国外先进的压铸机采用电子计算机与伺服系统，当V2偏离设定值2%时，在1ms内完成调空，使V2恢复到设定值。如瑞士、美国某些压铸机其压射速度从0升到6m/s，需60ms；从6m/s降到0.5m/s，需20ms。若设定V2为2m/s，当其下降到1.96m/s或上升到2.04m/s时，应在0.5ms以内恢复到2m/s。值得注意的是，带有这种调控装置的压铸机因为配备了高精度、高灵敏度的液压元件等，所以对工作环境与生产条件要求比较苛刻。如需要使用高品质的液压油、润滑油、严格地控制液压油的温度，需采用空气过滤器等保持液压油的清洁度。另外，这类机器对机械部件的磨损、电子元件的老化也都提出更严格的要求。美国ViSi-Trak公司和Kinetic公司合作研制了一种可以使用一般液压油的调控装置，它能于6ms内使800t压铸机的压射速度从0升到6m/s，修正2%以上的压射速度变化值只需0.08ms（即不足万分之一秒），显然这种压铸机的实用性更好。2.2实时调控压射冲头推动合金液从压室浇料口右端开始至合金液到达浇口为止（a1→a2），合金液液面先在压室内升高，直至填满压射冲头前方的空间，与此同时有一个液流波向前方传递，其动态变化与压室直径、压室长度及压射冲头的初始速度有关。这个过程中合金液会卷入气体，不同情况下，合金液卷入气体的情况不同，所以在a1→a2阶段，采用抛物线加速来排除压室的气体。当合金液进入型腔时，因各处壁厚和形状的差异，其流向角与充型流态也会相应变化，为了实现符合要求的充型状态，（包括把压室和型腔内的气体顺利排出），往往需要合金液进入型腔后在不同阶段有不同的充型速度。先进的压铸机可根据压铸件的质量要求，实现预先设定的不同阶段的充型速度，在生产过程中实施动态测量，实时调控。布勒公司装有“SC”压射系统的压铸机借助于高精度的压力传感器等先进技术，实现了对压射过程的实时调控。作到把压射过程分成若干阶段，保证各阶段的压射速度在设定值的±2%以内。2.3高能充型国外采用能输出25MPa液压油的储能器作为压射和增压系统的动力，使合金液在每个阶段都能按设定的充型速度填充型腔。由于高的能量足以克服充型过程产生的局部阻力，所以具备高能充型系统的压铸机可以生产复杂程度更高、壁更薄且综合性能更好的零件。过去选择高的压射速度常引起粘模、型腔损坏等问题，限制了压铸工艺的改进。近些年随着模具材料化学稳定性能的提高，压铸模冷却技术的开发（其中包括热管技术的应用以及型腔表面处理新技术的出现等等），使高能充型得以用于生产。2.4克服冲击波在合金液充型完毕，压射头停止运动的瞬间产生的压力冲击波，对铸件质量和成本、模具寿命、生产效率、生产管理和操作安全等都会产生不良影响，国外现有三种类型的设备能减小或消除冲击波。（1）美国ViSi-Trak公司和Kinetic公司合作研制的控制系统因具有极高的灵敏度，可在6ms(千分之六秒)内把很高的压射速度降到接近于0，一般建压时间为20ms，故当增压压力P达到设定值时，压射速度V2早已趋于0，所以基本可消除压力冲击波，铸件没有飞边，尺寸精度大大提高。（2）真空压铸由于该工艺使型腔达到一定的真空度，基本没有气体，无须在压射终了时用增压压力去压缩气泡，所以压铸过程中可以在增压起始点a3以后，把建压过程拉长，让增压压力逐渐升到设定的P值，使内浇口处的合金液在增压过程中实现二次充型，缓慢冷却，凝固时间延长，故能满足补缩需要，同时可减少冲击波（P是渐渐达到设定值的），从而提高了铸件的内部和外表面质量。（3）采用高压储能器取代增压缸和增压活塞，增压过程中运动部件的质量大大减小，从而减小了冲击波。2.5机床的刚性103 从进口的压铸机使用情况的比较中发现，斯洛伐克压铸机的刚性很好，1000t以上大型压铸机在压射过程中床身几乎纹丝不动，牢固可靠。美国压铸机的大杠螺纹采用挤压加工，提高了大杠的强度。刚性是影响各种冷热加工设备精度的重要因素，压铸机当然也不例外。但是由于前些年我国压铸机压射性能较差，多数人都把注意力集中到压射系统的性能上，很少有人关注机器的刚性、强度、精度。有的外商为适合中国用户的心理，只把压射系统作的比较先进，而对机器的强度、刚性却重视不够。造成有些机器交付验收时能顺利通过，使用不久竟到处损坏，甚至发生生产过程中穿铝伤人的事故。1.国外的新型压铸机（1）美国螺旋挤压压铸机：这是为压铸镁合金推出的新型压铸机。该机的突出特点是直接使用冷金属粒，金属粒进入型腔前经过压铸机机内的加热环升温，加热环温度为1000℃，镁合金粒度有两种，一种（φ1x2）mm3，另一种（1x1x2）mm3。螺旋杆的作用是使金属粒（a）球化；（b）产生切变应力；（c）升温；同时进行低速挤压。这种工艺过程是以半固态压铸法的原理为基础的，所产生的压铸件气孔少。（2）日本的热挤压设备：这种设备有两种分型形式，垂直方向分型，适宜于大吨位压铸机，目前已用来生产汽车轮毂。水平方向分型，适合于小型压铸机。（3）日本带气压电磁泵浇注装置的挤压设备。结束语镁作为结构材料的需求由模铸、触变、压铸及加工材组成，铸件占的比重很大，尤其是压铸件，近年来需求逐年增长，而加工材所占比例则不到2%。而且从1990年~1998年10年的统计资料看，镁加工材的发货量呈逐年下降的趋势。从各方面因素综合分析，中国发展镁合金压铸工业具有很大优势：（1）中国镁蕴藏量和出口量均居世界第一，只要在提炼上下工夫，引进新技术，镁的供应在质量、产量及价格上均具优势，为中国镁压铸工业奠定了优厚的发展条件。（2）中国自改革开放后，经过20多年来的不断发展，华南地区已成为世界轻工业及消费产品重要生产基地之一。而镁合金可大量应用于汽车工业、电子工业、轻工业及消费产品中。（3）中国近期将加入世界贸易组织（WTO），随着市场的逐步开放，同时随着家用小汽车的逐步增多，中国的汽车工业将会以较快的速度发展，而镁合金压铸件作为汽车零部件正好符合当今汽车轻量环保的要求，所以发展潜力会很大，国内镁合金压铸工业起飞指日可待。（4）为了镁工业的再发展，应付外国反倾销，我国有必要发展镁合金应用产业，以减低外国控制的影响。（5）台湾及香港地区正开始引进市场、资金、技术及管理，在中国内地发展镁合金压铸工业，这会使该行业得以高速发展。（6）为配合中国的市场需求，香港力劲机械厂率先开始自行设计、自行制造镁合金压铸机，为中国压铸厂家提供质优价廉的镁合金压铸机，首批型号是DC160M及DC400M热室镁合金压铸机，DCC400M、DCC630M及DCC1250M冷室镁合金压铸机，其价格大大低于进口机，可降低镁合金压铸件的投资成本。所以在今后几年内，上镁压铸项目是镁生产厂家的明智之举。103'