镁的晶体结构为密排六方晶格,属于最紧密的结构,镁基体的独立滑移系较少,因此,镁合金的塑性较低,塑性加工能力较差。这种晶体的滑移面一般是{0001}面,这个面包含有三个滑移方向,因此它只有三个滑移系。在室温下,镁只能沿晶格底面{0001}进行滑移,这种单一的滑移系使它的压力加工变形能力很低,塑性差。只有在250℃以上,才使得第一类角锥面{1011}和第二类角锥面{1012}产生滑移,从而使其塑性显著提高。因此,镁及镁合金的塑性加工主要是在加热状态下进行的,一般不宜进行冷加工[6]。
镁合金作为21世纪绿色环保合金[7],具有密度小,比强度、比刚度高,阻尼性、导热性、可加工性、铸造性能好,尺寸稳定性好,电磁屏蔽性好等特点以及资源丰富、容易回收等一系列优点[8]。镁合金应用和研究重点开始从宇航和兵工等领域扩展到民用高附加值产业(如汽车、电脑、通信和家电等)。特别是由于节能和环境保护的要求,汽车将成为镁合金应用的重要领域。镁合金管类件广泛应用于飞机、导弹和宇宙飞船、汽车以及电子电器等工业领域。据报道,使用镁合金结构件可使每辆汽车具有减重150kg的潜力,2006年全球汽车用镁量为4~5kg/辆,2010年有望达到9~10kg/辆。围绕镁合金材料的开发,争夺国际商业市场的竞争日趋激烈。在自行车领域,用镁合金制造的自行车轻便、舒服、速度快,车架仅重1.4kg,整车重4kg。目前已开发出符合ASTMB107规范要求的镁合金管件和棒材,成车有镁合金登山车、折叠车,零件有曲柄、竖管、夹器、车圈和车架附件[9]。镁合金管还可以制作照相器材的三脚架等[10]。
在美国、德国、澳大利亚、日本等国都已相继出台了各自的镁研究计划。在欧洲地区,镁压铸件已成功应用于汽车的传动系统上,发展前景广阔。在北美地区,虽然镁压铸件在汽车传动系统的应用还处于初级阶段,但市场投入热情非常高。在3C领域,镁压铸件使用量也逐步提高,日本的松下、NEC、SONY以及欧洲、美国、中国台湾等的著名公司已经用镁合金制造便携式电脑、手提电话、摄录像机壳体,显示出了极强的竞争力[11],估计到2010年镁在该领域消费量有望达到4万t/a。在国内,由于我国是镁资源大国、原镁生产大国和出口大国,镁合金的优势已经被许多企业所认识,在汽车、摩托车和3C产业中镁合金已经开始获得应用。但原镁生产技术比较落后,质量不够稳定,原创性的研究成果缺乏,镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口,所以非常有必要花费人力、物力对新的成形工艺进行研究,例如具有短流程加工特点的半固态成形技术[12]。(www.daowen.com)
通过对半固态成形参数的优化,如压铸成形温度和压铸成形速度等,可以得到半固态压铸成形的力学性能很好的镁合金零件。图2-3所示是AM50镁合金半固态压铸件(转向横拉杆)展现良好扭转性能实物图[13]。试验表明,其最大伸长率高达13%,扭转试验直到336°才出现裂纹,因而该半固态成形工艺可以用于成形安全性能极好的汽车零部件。
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