高性能镁合金压铸工艺与性能研究

题名:高性能镁合金压铸工艺与性能研究
作者:林凌
学位授予单位:上海交通大学
关键词:真空压铸;;挤压压铸;;镁合金;;Mg-Nd-Zn;;AZ91D;;AM60
摘要:
 汽车工业是我国国民经济的支柱产业之一,2009年国内汽车年产量超过千万辆,市场广阔,潜力巨大。镁合金作为汽车的第四大制造材料http://www.chinamagnets.biz/,具有密度小、比强度高、加工性能好等优势,可有效解决汽车行业面临的一系列考验,如油价上涨,以及各国出台的节能、减排以及旧车回收政策的限制。
 现有的镁合金汽车零部件多采取压铸法生产,气孔较多,强度不高,无法进行热处理;另外,车用镁合金多为Mg-Al系,其蠕变性能较差,无法在较高温度下使用。这些因素共同限制了镁合金在汽车上的应用。
 为解决这些问题,中国、美国、加拿大共同设立镁合金汽车前端研究开发项目(Magnesium Front End Research and Development Project)。包括以镁合金为原料,采用新型成型手段并开发新型合金,生产汽车前端的结构件,以替代原rare earth magnets有的铝制、钢制部件。
 作为该项目的一个子课题,本研究本文采用真空压铸以及水平挤压铸造手段生产镁合金铸件,改善铸件气孔缺陷,并且,通过添加稀土,改善镁合金铸件高温蠕变性能。主要成果如下:
 AZ91D和AM60铸件的微观组织均由α-Mg基体与晶界处的Mg17Al12共晶相组成。固溶处理后Mg17Al12共晶相进入α-Mg基体,时效处理后析出。AZ91D中过饱和的Al在晶界处向晶粒内部非连续析出,对基体起到增强作用,提高了铸件的力学性能;而AM60中过饱和的Al在晶粒内部、晶界上以颗粒状析出,对铸件的力学性能没有提升。热处理前后,AZ91D铸件的屈服强度和抗拉强度均优于AM60铸件,但前者在铸态和时效态下的延伸率明显低于后者,其原因在于前者在凝固过程中析出的金属间化合物相Mg17Al12较多,因此强度较高,但塑性较差,而固溶态AZ91D和AM60中的Mg17 Al12相均溶入基体,二者的延伸率相当。随着固溶时间的增长,铸件晶粒尺寸增加,抗拉强度略有降低,屈服强度和延伸率维持不变。真空压铸可较好地消除铸件中的气孔,但无法完全消除铸件中的缩孔,特别是无法防止厚大部位的凝固收缩,需要通过产品结构和模具工艺的优化减少缩孔和缩松。
 另一方面,对NZK30镁合金水平挤压铸造工艺进行了研究,其晶粒尺寸随着铸造压力、压射速度的增加而先减小后增大,力学性能(包括屈服强度、抗拉强度、延伸率)随着铸造压力、压射速度的增加而先降低后上升。最佳压铸工艺参数为:铸造压力70MPa,压射速度压力4MPa。在细化Mg-Nd-Zn合金的晶粒上,水平挤压铸造起到与加Zr相似的效果,可通过该生产手段替代加Zr,以降低成本;另外,合金成分相同的前提下,水平挤压铸件的力学性能全面优于重力铸造的铸件。从现有试验结果来看,NZ30k镁合金的最优热处理参数为:T4-500℃×6h,T6-500℃×6h+200℃×10h。由于未对二次增压参数进行优化,水平挤压铸件中仍存在部分缩松,影响铸件的力学性能,需要进一步的研究优化。
学位年度:2010