日本熊本大学镁国际研究中心与东邦金属公司和福田金属箔粉工业公司共同制造出了直径仅30微米(0.03毫米)的超细镁合金金属丝,大幅更新了镁合金金属丝直径的细世界记录。 而且,此次制造的超细金属丝还打破了以往的常识,大幅更新了超细镁合金金属丝的机械强度记录,具备令人吃惊的788MPa机械强度(屈服强度)。 镁在实用金属中为重量轻的金属。 与其他金属相比,镁用于人体时的安全性比较高,而且具备终能在体内分解吸收的特性,因此作为体内植入型医疗器械用材料得到了全世界的广泛关注。 实际的体内植入型医疗器械需要使用直径30微米的镁合金金属丝,但凭借以前的技术,50微米已达到极限。
消失模铸造是一种近无余量、成型的新型铸造技术,它具有许多的优点,如,型砂不需要粘结剂、铸件落砂及砂处理系统十分简便,容易实现清洁生产;铸件没有分型面及起模斜度,可使铸件的结构高;加工装配时间减少,铸件成本可下降10%—30%等等。
初步试验研究表明,镁合金的特点非常适合消失模铸造工艺,因为镁合金的消失模铸造除具有以上特点外,还具有如下特的优点:
①镁合金在浇注温度下,泡沫模样的分解产物主要为烃类、苯类和苯乙烯等气雾物质,它们对冲型成型时极易氧化的液态镁合金具有自然的保护作用;
②采用干砂负压造型避免了镁合金液与型砂中水分的接触和由此而引起的铸件缺陷;
③与目前普遍采用的镁合金压铸工艺相比较,其投资成本大为降低,干砂良好地退让性减轻了镁合金凝固收缩时的热裂倾向;金属液较慢和平稳的充型速度避免了气体的卷入,使铸件可经热处理进一步提高其力学性能。所以,镁合金的消失模铸造具有较的应用前景。
镁合金的凝固和化学性能方面的特点,使得镁合金在消失模铸造中产生了很多问题,特别是浇不足和氧化燃烧。由于镁合金低的密度和比热容,气化泡沫模样所需要的热量来自高温液态镁合金的潜热从而阻碍了充型,而且镁合金的结晶温度范围宽,因此消失模充型时金属液的压头作用小,极易过早停止流动,产生浇不足缺陷。镁合金的化学反应可能通过使用在镁合金砂型铸造工业中应用的阻燃剂和辅助使用高孑L隙率的模样涂料进行控制,还可以采用可控气氛进行防止浇注时的氧化燃烧。另外,高密度的泡沫模样吸收更多的热量,产生更多的液态和气态产物,降低了镁合金的充型性。但泡沫模样在浇注过程中产生的还原性气氛降低甚至阻止镁合金的氧化燃烧,了镁合金在加工成型过程中的安全性,也有利于镁合金熔体的洁净。
3)轧制成形:铸造成平面形状且有圆形边缘的镁锭可以用来进行厚板和薄板的轧制。一般镁合金厚板厚度范围为11.0mm—70mm,薄板厚度为0.8mm—10mm。镁合金的冷轧性能不佳,一般厚板可以在热轧机上直接生产,而薄板一般采用冷轧和温轧两种方式生产。
镁合金热轧时,一方面要铸态组织得到充分变形,达到改善组织的目的,因此要有一定的变形量;另外,由于多晶镁合金滑移系少,晶粒不易产生宏观屈服而易在晶界产生大的应力集中,合金很容易发生晶间断裂。试验研究发现开坯时变形量控制在压下量s二30%左右合适。镁合金板材在轧制以后一般要进行退火及热处理,加工组织发生再结晶。其退火温度应选择在靠近完全再结晶温度范围内。
2.2超塑性变形
超塑性是指晶体材料在拉伸时表现出大的应变。已有的研究结果表明,镁合金在一定条件下不但具有很高的塑性,而且甚至出现明显的超塑性。当晶粒细化到一定程度(约10—6m),镁合金可获得相对的超塑性。通常超塑性现象主要发生在高温(约等于0.7Tm,Tm为材料的熔点),应变速率相对较低,工业生产中受到限制。Langdon提出了超塑性变形的两个必要条件:①局部缩颈受到限制;②空洞内部相互连接受到抑制。目前,采用高应变速率超塑性成形和低温超塑性成形获得细小晶粒。其中,等通道角挤压技术是低温超塑性的一种方法,在200℃温度下可使AZ91镁合金延伸率达到675%。
半固态成形过程一般包括非枝晶组织的制备、二次加热和半固态成形3个步骤。制备非枝晶组织的坯料是半固态成形的前提,机械搅拌法是早采用的方法,其设备构造简单,但工艺参数不易控制,很难产品质量的一致性。目前工业化生产中,应用为广泛的方法有:电磁搅拌法、应变诱发熔化激活法(SIMA)和半固态等温热处理法(SSIT)以及化学晶粒细化法等。
3.1电磁搅拌法
利用电磁感应在凝固的金属液中产生感应电流,感应电流在外加磁场的作用下促使金属固液浆料激烈地搅动,使传统的枝晶组织转变为非枝晶组织。一般用于生产直径不大于150mm的棒坯。该方法在很大程度上克服了机械搅拌的缺点,可实现连铸,生产,是目前工业化生产中应用为广泛的一种方法。
3.2应变诱发熔化激活法(SIMA)
预先连续铸造出晶粒细小的合金锭,再将合金铸锭进行足够的预变形,然后加热到半固态。在加热过程中,先发生预变形,然后部分熔化,使初生相转变成颗粒状,形成半固态合金材料。此方法对制备较高熔点的非枝晶组织合金具有特的性,但只能制备直径小于60mm的坯料。
3.3半固态等温热处理法
在合金熔融状态时加人变质元素,进行常规铸造,然后把锭坯重新加热到固液两相区进行保温处理(半固态等温热处理),终获得具有触变性的非枝晶组织。主要工艺参数有添量元素的种类、加入量、半固态等温温度和保温时间等。
3.4化学晶粒细化法
是近几年开发的新方法。通过添加晶粒细化剂或变质剂,增加外来晶粒数量或改变结晶方式来细化晶粒组织,使生产的锭坯适合于半固态铸造。据报道,挪威NorskHydro公司已经通过化学晶粒细化法与特殊的凝固条件结合制备了镁合金AZ91的细晶粒铸锭。
半固态触变成形之前,先要进行局部重熔(二次加热)。应根据加工零件大小分割具有非枝晶组织的坯料,然后将其加热到半固态温度后再进行成形加工。其目的一是为了获得不同工艺所需的固相体积分数,二是将有些工艺(电磁搅拌,化学晶粒细化法等)获得的细小枝晶碎片逐渐长大,并转化成球状结构,从而为触变成形创造有利条件。
近年来,镁合金应用逐年提高,但一些尚待解决的问题使得镁合金的广泛生产受到限制。表现在以下几个方面:镁的化学活性很强,在空气中易氧化,在高温情况下可以发生燃烧,因此熔炼过程中须采用复杂的保护措施。工业中主要采用熔剂保护法和气体保护法。熔剂保护法大缺点是反应过程中产生的有害气体严重污染环境并损害人体健康;而气体保护法中经常采用且具有良好保护效果的SP6气体,但其温室效应是CO:的24
900倍12”;镁常温下成形性差,目前工业上应用的多为镁合金压铸件,限制了其它成形方法的运用;镁合金没有像铝合金那样大规模使用的另一个原因是其耐蚀性差,采用表面防护又增加了其生产成本。
鉴于以上问题,镁合金研究集中在以下几个方面:熔炼技术。研究表明,镁合金合金化阻燃具有很好的效果;开发和改善镁合金的成形工艺;进一步研究镁合金的表面处理技术,改善其外观和耐蚀性以及高强韧镁合金和耐热镁合金的研究。