镁合金挤压铸造工艺问题及改善措施

白洁1 陈博宇

摘要：挤压铸造或液态模锻是一种生产高致密度、可热处理强化铸件的工艺。不断完善镁合金的挤压铸造技术，能夠有效提升镁合金铸件的质量和性能，对促进镁合金挤压铸造行业的发展，具有重要作用。本文在对镁合金间接挤压铸造存在的工艺问题，例如：气孔、断裂和冷夹层等产生的原因进行了分析，并提出了相关解决措施，以期为相关人士提供借鉴和参考。

关键词：镁合金；挤压铸造；液态模锻

前言：随着社会经济的不断发展和社会生产力的进一步提升，镁合金被广泛应用到社会生活的各个领域，呈现迅猛的发展势头。不算完善镁合金的挤压铸造工艺，能够有效缩短产品的生产周期，节省人力物力资源。但由于镁合金的氧化能力强和抗腐蚀性差的特点，使得镁合金在挤压铸造过程中容易产生气孔等缺陷。因此，优化镁合金的挤压铸造技术，对促进镁合金挤压铸造行业的发展，具有十分重要的现实意义。

一、 镁合金挤压铸造工艺问题分析

（一）在挤压铸造过程中出现的气孔现象

与传统的镁合金铸造方法相比，挤压铸造能够使镁合金铸件慢速充型然后再在高压的作用下结晶，因此挤压铸造工艺本身可以降低气体卷入，但气孔现象在挤压铸造过程中仍会发生。挤压铸造模具浇道附近是最容易出现气孔的地方，气孔分布较为均匀，呈现轴线性的分布特征，而且气孔数量随着距离浇口处距离增大而不断减少数量，气孔的大小也会呈现依次递减的趋势。分析原因可知，如果挤压铸造模具或浇道设计不合理，金属液对模具型腔直接的冲击仍然可以卷入气体。同时，挤压铸造模具的溢流、排气孔的大小和排布不合理，也会降低排气效果，在镁合金铸件表面形成气孔[1]。

（二） 在挤压铸造过程中容易出现冷隔与充型不良现象

受油压机出缸速度和合模、锁模等因素的综合作用，被挤压铸造的镁合金液体只能在压力较小的情况下对挤压铸造模具进行填充铸型，因而镁液的凝固只能受瞬时的压力作用，因此，在挤压铸造镁合金铸件的过程中，经常出现冷隔的现象。如果挤压铸造模具的浇注温度过低，则会导致镁液因加压时间过长而引起的充型不良现象。经过研究发现，镁液的浇筑温度应控制在690℃到720℃之间较为合理。镁液的浇筑温度过高，容易产生缩孔现象。镁液的浇筑温度过高，则会导致镁液的凝固。

（三） 在挤压铸造过程中出现开裂现象

在镁合金挤压铸造过程中，经常出现开裂现象，缺陷位置一般在挤压铸造模具型腔底部的过度圆角处。究其原因，有以下两个方面：首先，在圆角处收缩不均匀，容易产生应力集中，容易导致开裂现象的发生。其次，加压不足使镁合金铸件得不到补缩。最后，镁合金铸件的出型时间过早，也导致铸件与模具型腔之间产生较大的应力，造成铸件的开裂。

（四） 在挤压铸造过程中容易出现冷夹层现象

经过挤压铸造的镁合金铸件，在实际应用过程中也常常出现强度不足或渗漏现象，其中有一种原因是由于模具内浇道附近形成了破断的激冷层所致。在镁合金的充型过程中，压室中的镁合金液在室壁上由于激冷作用会而产生凝固层，凝固层的破断相有可能会被带入型腔在铸件凝固后形成冷夹层。由于冷夹层表面的氧化作用，使得冷夹层不能与镁液进行充分融合，在镁合金铸件中间呈现独立存在的形式，具体表现为在铸件中产生一条裂缝，严重影响了镁合金铸件的强度和质量[2]。

二、 镁合金挤压铸造工艺问题解决措施

（一） 提升挤压铸造模具的温度

提升模具温度有利于适当降低镁液的填充速度。一般可通过增加内浇道面积、增大溢流排气通道尺寸的方式降低镁液填充速度和提升排气的效率，将镁液充填速度控制在1.5m/s左右为宜，具体可根据铸件尺寸和复杂程度决定。其次，要对挤压铸造模具结构进行优化，通过扩大过渡圆角的方式，减少镁合金铸件的应力。另外，如果挤压铸造模具的温度达不到规定的要求，还会使脱模剂水分残留较大，难以使铸件表面光滑，这将对镁合金铸件的表面质量产生不良影响。因此，要适当提升挤压铸造模具的温度，并将其控制在合理范围内，降低脱模剂的水分含量，使其能够形成光滑的镁合金铸件表面，有利于镁合金铸件质量的提升。

（二） 合理控制镁液的浇注温度

镁液的浇注温度过低和过高都会对镁合金铸件的成型造成一定影响。为了提升镁合金产品的质量，不但要选择合理的模具文图，还要严格控制镁液的浇注温度。研究表明，对于一般的镁铝系合金，将镁液的浇注温度控制在700℃和720℃之间，将模具温度控制在200℃左右较为合理。

另外，要适当增加充填后的加压速度。由于充型后的镁液只能在瞬间有比较理想的压力传递通道，随着时间延长，先凝固相会阻碍压力传递，会造成远离浇口的地方的压力补缩受阻，从而会降低镁合金铸件的致密性和性能，因此，加压的速度越快越好。

为了消除挤压铸造过程中出现缩孔，应根据实际条件，合理控制浇注温度。例如，当浇注温度过高时，容易产生收缩缺陷，例如缩松和缩孔。因此，应及时采取措施，通过降低浇注温度的方式，降低缩松和缩孔现象的发生，从而确保镁合金铸件的质量。

（三） 采用机械方法消除冷夹层

受压室温度和浇注温度综合作用的影响，镁合金挤压铸件的内部容易出现冷夹层。因此，应依据冷夹层产生的原因，采取科学合理的处理措施，降低冷夹层产生的概率。例如，在实际的挤压铸造过程中，将压室温度控制在合理的范围，能够显著降低冷夹层的厚度，为冷夹层的重熔奠定良好基础。如果因浇注温度过低产生冷夹层，则应适当调高浇注的温度，以防止冷夹层产生。同时，可以采用机械方法消除冷夹层。例如，可以在压室的压套上设置挡圈，挡环的直径应小于压室的直径，并通过在挡环两头增加压头的方式，确保冷夹层能在压力的作用下粉碎，防止其进入型腔，为冷夹层的重熔奠定了良好基础。

（四） 选择质地优良的镁合金挤压铸造材料

在挤压铸造作用下，镁合金材料的内部会发生物理变化，材料会发生弹性形变，随着应力的不断增大，镁合金的材料会发生塑性形变，最终会因材料达到应力的承受极限而发生断裂。镁合金在常温条件下的塑性较差，因此，要合理进行镁合金材料的选择，尤其要注意选择纯度较高的镁合金材料。另外，要定期进行除渣工作，以防止二次夹杂物进入到铸件中。

三、结论

通过以上分析可知，在改善镁合金挤压铸造工艺的过程中，适当提升挤压铸造模具温度，选择质地优良的镁合金挤压铸造材料，合理设计浇注系统是获得优质镁合金挤压铸件的前提。在此基础上，合理控制镁液的浇注温度，采用机械方法消除冷夹层，有利于消除镁合金挤压铸造件的内部和外部缺陷，进而提升镁合金产品的质量。

参考文献：

[1]陆国桢，王强，张治民，袁国.镁合金挤压铸造成形技术的研究进展[J].热加工工艺，2012，4115：86-89+94.（2012-08-13）[2017-08-11].

[2]刘莹，王炳德，王忠堂.挤压铸造变形对镁合金组织与力学性能的影响[J].材料热处理学报，2011，3205：51-54.[2017-08-11].

课题项目：“天津市镁合金型材挤压成型技术企业重点实验室”筹备组资助项目

作者简介：：白洁（1984.06--）；性别：女，籍贯：甘肃省秦安县，学历：本科，毕业于河北大学；研究方向：项目管理、供应链管理；

第二作者 姓名：陈博宇（1986.03--）；性别：男，籍贯：天津市河北区，学历：本科，毕业于中国国际经济学院；研究方向：运营管理；