岳阳导热镁合金材料报导热镁合金型材

铸锭凝固时，随着冷却速度的加大，减小了脆性温度区间，提高了固液区的金属的塑性，有利于减少热裂纹。晶粒粗大的凝固着的锭的脆性温度也较大。过热合金熔体将使晶粒粗化，加大脆性温度范围，降低合金的塑性，从而加大脆性敏感性。
　　晶粒形状也对脆性区范围和固液区的塑性大小有影响，柱状晶的不但脆性区较大，且其固液区的塑性也较低，因而易形成热裂纹。
　　铸造速度、铸造温度、冷却强度、铸锭尺寸及形状都对铸锭凝固速度有着直接影响，因而直接影响铸锭的内应力、脆性区大和固液区的塑性。在铸造镁合金锭时，不能同时不适当地加大铸造速度与冷却强度，否则会加大热裂纹敏感性。镁合金有较大的热裂纹敏性，裂纹的分布形式主要与工艺条件有关，常见形式有表面裂纹和发状裂纹。
　　冷裂纹
　　铸锭中的冷裂纹是在凝固以后形成的，是当铸锭冷却到低于不平衡固相线温度以下时，由于铸锭收缩困难造成的，即取决于当时铸锭的内应力大小和塑性高低。铸造应力可分为热应力、相变应力和收缩阻力。在连续铸造时，镁合金的相变应力可不考虑，主要是其余的两种应力，但是收缩力也不大，同时可调控，因此，热应力是主要的，所以冷裂纹取决于在固态时铸锭内部热应力的大小和塑性高低。
　　热应力的产生是由于铸锭内外各层间的收缩不同步与收缩系数的相异，例如直径530mm MB15合金圆锭，在铸造速度为33.6cm/min时，中心部分的平均冷却速度为48℃/min，而外表层的为58℃/min，这种差别必然导致收缩系数不一样，另外各层的收缩时间也不同步，表皮先收缩，中心后收缩，这就会使铸锭内部产生应力。一旦这种热应力超过铸锭的屈服Rp0.2，就会形成冷裂纹。
　　热应力大小除与线膨胀系数α及温差有关外，还与合金的正弹性模E有关，镁合金的E小，只有45000N/mm2，热应力也会小一些。另外，在镁合金铸造过程中所允许的结晶速度较低，产生的热应力不大，故镁合金铸锭产生冷裂纹的几率不高。

变形镁合金锭的基本铸造工艺参数是速度、温度、冷却水压和结晶器高度，个的可调可控力度大，结晶器一旦制造完毕，它的高度就定下来了。此外，还有一些未纳入制度的相对不太重要的参数，它们也对铸锭组织、裂纹敏感性、致密度、表面品质有一定的影响，例如结晶器锥度、内表面粗糙度、水孔大小、水的喷射角度，铸造漏斗直径、孔径、孔数、沉入熔体深度，等等。
　　在不同的铸造速度时，铸造速度越大，冷却强度也大，液穴深度随着变小。结晶器高度变小时，强却强度也随着变弱。
　　在铸造镁合金圆锭时，在一般情况下，采用高一些结晶器，可以避免通心裂纹。加高结晶器高度，如果调低铸造速度，则表面会产状淬火裂纹。对于热脆性较敏感的合金，若采用低结晶器，相应降低铸造速度，但此时锭表面的冷隔成层缺陷却会增多，同时还可能产生横向裂纹。因此，应合理确定结晶器高度与铸造速度，一旦结晶器高度确定了，也就可以选定铸造速度，铸得既无裂纹，表面品质又好的锭坯。
　　铸造速度一定时，结晶器越高液穴也越深，但当结晶器高度大于200mm后，提高结晶器高度，液穴的变化也不十分明显。
　　提高结晶器高度，也即相对降低了凝固速度，可延长金属中间化合物的生长时间。结晶器越高，对镁合金金属中间化合物尺寸的增大和数量的增多影响也越明显。在铸造200mm×800mm扁锭时，中间金属化合物的偏析与结晶器高度的关系见表1。
　　综合各方面的因素，当铸造直径350mm~690mm锭时，结晶器高度以145mm~250mm为佳；铸造200mm×800mm扁锭的适宜结晶器高度为250mm；铸造260mm×960mm的结晶器高度为300mm。
　　MB15合金的热裂纹敏感性较大，对水冷强度非常敏感，可采取推迟二次水冷方法，不但不会产生热裂纹，而且铸锭表面品质也有所提高。

镁合金的熔炼铸造工艺与铸锭品质对镁材质量、成品率高低攸攸相关，实践统计证明，镁材缺陷的75%以上都或多或少是由于铸锭带来的。镁合金锭的铸造的铸造工艺有：铁模铸造，水冷模铸造与半连续铸造。前两种工艺现在很少用了，所生产的锭坯还不到总数的5%。半连续铸造法的优点可概括为：

凝固速度快，改善了铸锭组织，减少了成分偏析，提高了锭坯的力学性能。

由于改善了熔铸系统，减少了氧化夹杂及其他非金属夹杂物，金属杂质含量也有所下降，合金纯净得到了很大提高。熔铸设备对MA8合金的纯净度也有一定的影响。

合理的结晶顺序，铸锭的致密度得到提高，锭中心的疏松大幅度地下降。

锭的长度有很大提高，切头、切尾等几何废料的相对量有很大减小。

实现了机械化或甚至半自动化生产，劳动条件得到很大改善，劳动生产率显著提高，产品品质也有很大提高。

当然，尽管半连续铸造法的优点很多，不可避免地也会存在一些不足之处，诸如：

铸锭内部因凝固速度快，会产生很大的内应力，而合金的塑性又不大，因而裂纹倾向性大，废品率比铁模铸造时的大得多，铁模铸造几乎无一裂纹。

由于凝固速度快，有些合金元素如锰会产生较严重的晶内偏析，为了消除这种缺陷，须进行长时间的均匀化退火，因而生产成本上升，而且性能得不到充分的。

由于凝固速度大，液穴内的温度梯度也会相应地上升，虽不利于金属中间化合物颗料的过于长大，但却使它易于产生。

压铸镁合金时采用熔剂熔炼会带来操作上的诸多困难，特别是热室压铸尤为不便，同时熔剂夹杂更加，上世纪70年代开发的无熔剂熔炼工艺在镁合金熔炼发展史上有着里程碑意义。大量研究表明，CO2、SO2、SF6等气体对镁及镁合金熔体有良好的保护作用，特别是SF6的效果尤为。

用仪表板横梁通常采用钢管和钢板冲压件组合焊接制造，此类钢制仪表板横梁总成的组成零件数量多，需要焊接组装，不利于尺寸控制，且整体重量大，不符合轻量化理念。而根据文献报道，采用镁合金压铸的仪表板横梁可减重50%以上，轻量化效果非常明显。主要是因为镁合金是目前应用的金属结构材料中轻的，具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼性、切削加工性和铸造性能好等优点，因此镁合金仪表板横梁在国外汽车产品中得到广泛的应用。
　　本文主要从设计选材、结构优化和性能验证等方面，简要介绍AM60B镁合金在奇瑞某车型的仪表板横梁上的应用情况。
　　镁合金仪表板横梁的特点
　　镁合金仪表板横梁与钢制仪表板横梁相比具有以下特点：
　　（1）轻量化 镁合金的密度为1.78g/cm3，仅为钢密度的1/4，减重在50%以上。
　　（2）零件集成化程度高，尺寸稳定 与钢制件相比，镁合金仪表板横梁采用整体压铸的生产工艺，可以把传统钢质CCB的20多个零件集成为一个件。
　　（3）安装尺寸精度高 由于采用整体压铸，尺寸精度很高，所有的尺寸公差都可以控制在0.5mm以内，解决目前钢骨架安装过程中的干涉和异响等问题。
　　（4）设计灵活 由于采用压铸工艺，产品工艺性好，零件形状的设计自由度大。
　　（5）绿色环保 镁合金材料可以回收利用。
　　镁合金的选择
　　目前镁合金的种类有很多，汽车工业采用较多的是AM系和AZ系合金，常用镁合号主要有AM60B和AZ91D。其中AM60B的铝含量较低，由于随着铝含量的降低，材料的韧性逐渐增高，故与AZ91D相比，AM60B的韧性和塑性较好。AM60B是高纯牌号，因此具有和AZ91D一样优良的耐蚀性能，且与A380铝合金相比，耐蚀性更加。
　　本文所介绍的仪表板横梁形状复杂、体积庞大而且壁厚不均，要求承载各种仪表仪器，因此需具有较高的韧性和强度。通过综合考虑AM60B和AZ91D的性能以及参考有关文献资料，终决定选用AM60B（性能见表1）作为制造仪表板横梁的材料。
　　表1 AM60B镁合金的化学成分和物理性能

镁合金零件早期采用金属型重力铸造，经研究发现，由于镁合金的熔点低、密度低，大多数合金的流动性比较好，且比热容低，容易获得较高的冷速，因而在适中的压力下可以获得理想的铸件。根据相关报道，奥迪某款车型的镁合金仪表板横梁，在装有自动浇注机构的锁模力为24.5MN的冷室压铸机上成功实现压铸，因此本文介绍的镁合金仪表板横梁采用冷室压铸是完全可行的。
　　针对仪表板横梁的结构性能要求，结合AM60B的疲劳性能对内在缺陷非常敏感的特点，仪表板横梁的压铸工艺过程中要求压铸过程充型平稳，实现顺序凝固，避免各种铸造缺陷的发生。这样才能在得到缺陷少、品质高的铸件的同时，提高生产效率，也为实现新材料在仪表板横梁上应用奠定了工艺基础。