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1、镁合金压铸手册镁合金压铸手册 目录 一一、前言、前言 二二、镁合金压铸的安全方面、镁合金压铸的安全方面 三三、压铸镁合金、压铸镁合金 四四、镁合金压铸设备、镁合金压铸设备 五五、镁合金熔化和处理、镁合金熔化和处理 六六、镁合金压铸模具、镁合金压铸模具 七七、可供选择的工艺、可供选择的工艺 八八、镁合金的腐蚀、表面处理、镁合金的腐蚀、表面处理 前言前言 本手册的目的是论述有关镁合金压铸的基础知识，对于不熟悉压铸的读者可以作为入门书，对于 有经验的压铸人士，可以参考其中有关的某些信息。 压铸是一种很好的铸造方法，特别适合于全自动，高效率大批量生产，压铸的零件重量从15克到 15公斤，零件尺寸的可以
2、接近实际要求，虽然压铸设备的机械和液压零件的基本原理已经利用100多 年，压铸工艺仍在快速发展中，现在设备制造商可以供应镁合金，铝合金，锌合金，铜合金全自动压 铸机，有的设备制造商全部负责供应包括模具在内的压铸设备，更常见的是压铸厂拥有一系列的压铸 机，包括一定范围内不同吨位的压铸机，能够和不同产品的工模式相配合. 开发新的应用领域，需要知道有关镁合金的性能，也要知道压铸工艺的限制和优势。为保证最终 产品符合规格和设计出具有最佳铸造性能的模具，产品设计者和模具设计者紧密合作是非常重要的。 开发压铸件需要团队努力，公差是模具成本的一个重要因素，太严格的公差会严重增加模具成本。 最基本的镁合金压铸
3、技术和铝合金相似。但是必须清楚重要的差别。主要差别和熔化金属的处理 有关，绝对不可以低估这些差别。镁合金和铝合金具有不同的性能。要求在压铸参数和模具设计方面 作出相应的调整。 二二、镁合金压铸的安全方面、镁合金压铸的安全方面 2.1概述概述 注意安全是镁合金压铸成功运作的前提，在工厂管理系统中应包括如下： 制订安全政策并传达所有员工。 制订年度安全指标，反应安全方面的连续改善。 建立系统的安全培训，在引入技术的同时进行安全培训。 在管理会议上应经常讨论安全问题。 应评估并记录各种工作中的危险建立各种有风险工作的安全政策。这些政策应是书面的形式 并及时更新。 应调查所有的事故和过失，应记录本调查
4、结果并有跟进行动。 工厂就有应急计划并组织应急演习。 管理者应和员工代表进行安全视察，以更正不安全的操作和环境。 2.2压铸镁合金及安全压铸镁合金及安全 在大批量生产的结构件中， 镁是最轻的常见金属。 镁元素存在多种原材料中， 包括海水， 白云石， 菱镁矿等。可以用多种方法生产镁，即可以用热还原法，也可以用电解法。和铝合金一样，电解法特 别适合于大规模生产。现在全世界的产量大约为300,000吨。在不久的将来会有较大的增长。 镁合金是由基本金属或回收精炼的金属生产。目前所有的压铸合金对重金属杂质的含量有严格的 限制，特别是铁、镍和铜。由于其优良的压铸性能和良好的机械和物理性能，AZ91是最常见
5、的压铸合 金。对于其它专门用途的合金，AM合金具有较好的延展性和断裂韧性，AS合金具有较好的高温抗蠕 变性能。表1为目前压铸镁合金的主要合金成份。 表表1 主要压铸镁合金的化学成份主要压铸镁合金的化学成份 合金 %A1 %Zn %Mn %Si %其它 AZ91 9 0.7 0.15 AM20 2 0.4 AM50 5 0.2 AM60 6 0.2 AS21 2 0.2 1.0 AS41 4 0.2 1.0 AS42 4 0.2 2.03.0 纯镁的热性能如表2所示，合金的性能和纯镁稍有差别。特别是熔化性能相差较大，合金具有一定 的熔化范围而不是单一的熔化点。例如，AZ91D在598时开始熔解，
6、在约430时完全固化。对于其 它合金，上下熔化随实际成份而变化。这对于铸造温度选择的熔炉操作有重要的影响。 表表2 纯镁的热性能纯镁的热性能 熔点 650 沸点 1107 熔化热量 0.37MJ/kg 汽化热量 5.25 MJ/kg 燃烧热量 25 MJ/kg 固态比热(400) 1.2KJ/Kkg 液态比热(800) 1.4KJ/Kkg 固体密度(20) 1.74kg/dm3 液体密度(700) 1.58 kg/dm3 2.3个人安全个人安全 使用合适的安全设备可以在很大程度上避免伤害，建议使用下列个人装备： 毛织物两层防火工作服。 具有面罩的头盔 保护鞋和毛织物 工作手套(耐热) 对于特殊
7、操作需要耐热围裙 应有必要的救护设备，以防热金属飞溅引起伤害。在所有的出口处应有沐浴器，因熔化镁合金引 起的烧伤必须由医务人员处理。为使所有的操作根据正确的工作规范进行，必须具有个人安全意识。 由于熔化金属可能引起个人伤害，在安全注意事项方面没有任何妥协余地。 2.4安全问题的根源安全问题的根源 在繁忙的铸造环境中处理灼热的液体金属总是涉及到安全问题。然而，只要给予必要的关注，镁 合金并不比铝合金更危险。只是要讨论有关液态和固态镁合金的特殊应用所涉及的事项。大部分危险 都是由于熔化的镁合金和含氧的物质发生剧烈反应引起的。这些反应会生成热，有时会生成气体，从 而导致火灾，金属飞溅和爆炸。这些反应
8、生成的热量如表2所示。因此在实际中要避免熔化镁合金和含 氧物质接触。应特别注意避免潮湿的物质和熔化金属相接触。当面积/体积比较大时，例如机械加工的 碎屑，镁合金也会和水或氧气发生反应。 和氧及氧化物反应和氧及氧化物反应： 燃烧/氧化 2Mg+O2=2MgO 液体镁合金中的水份迅速气化 Mg(液)+H2O(液)= H2O(气)+Mg(微小颗粒) 和水反应/氢气爆炸 Mg+ H2O=Mg+ H2 2 H2+ O2=2 H2O 和氧化铁反应 3Mg+Fe2O3=3MgO+2Fe 和氧化硅反应 2Mg+SiO2=2MgO+Si 有关安全问题，要分析整个生产过程，从铸锭到达工厂及成品及副产品运出工厂。
9、2.5铸锭存放铸锭存放 制造商供应的铸锭堆放于罩有塑胶的卡板上。由于温度和存放及运输过程中的相对温度变化中铸 锭会吸收一定的水分。镁合金铸锭总会具有气、裂纹和表面氧化，程度取决于合金类型和铸造方法。 以上特征和水分有关，如果铸锭在潮湿的环境下存入较长的时间，会形成含有湿度的腐蚀物。供应商 供应的镁合金，建议在熔化之前把铸锭预热到150以除去水分。 如果腐蚀较严重， 建议在预热之前除 去腐蚀物。建议在室内存放，最好在温度变化不大的建筑物内，应特别注意不要使镁合金和水直接接 触。镁合金铸锭不能和易燃的材料放在一起。为防止在镁合金存放区发生火灾，备有消防系统。其作 用是防止火灾漫延到金属存放区。如果
10、镁合金发生燃烧，喷水装置会加速火势，并可以引起爆炸。 2.6镁合金熔化镁合金熔化 2.6.1设备 压铸工厂常见的熔化设备包括以下方面： 至少把铸锭预热至150的预热炉 装入熔化炉的铸锭装入系统 具有单炉或双炉或单炉两室的熔化炉系统。 熔炉配有低碳坩埚，外覆有耐热钢。 金属的转移可以通过电加热的无#耐热钢管完成. 压铸机金属的计量是由各种装置完成的，用杓舀，虹吸管，气泵，离心泵和电磁泵等。 容纳温度测量，把杆控制，导管，保护气体系统并具有检查和清理窗口的熔化炉盖系统。 供应适量保护气体的供应系统，并可控制气体成份。以防气体耗尽，应有备用系统。所有的 电力，燃料，冷却水，气都有遥控装置，以在紧急情
11、况下中断供应。 2.6.2防止蒸汽/氢气爆炸 应采取必要的措施避免液体金属和水/潮湿相接触。 在投入熔化金属之前，所有的铸锭必须预热至150 所有的清理工具和杓子必须清洁，预热并经过完全干燥。 工具不能有吸收湿气的包围物。 熔化的镁合金绝对不能接触潮湿的材料，例如地板的水泥材料。只能使用钢制容器。 2.6.3防止燃烧/氧化 熔化金属和空气中的氧/氮的反应减少到最低程度。 在低于初始熔点的温度下，大块的金属并不燃烧。 有液体金属出现时，不使用熔化保护可能会发生剧烈的氧化/燃烧。 随着温度的增加，液体金属的汽化增加了火灾发生的可能性。 保护方法 ：低熔点下使用干燥而干净的盐熔液。含有少量SF6和S
12、O2保护气体 一般说来，IMA(国际镁合金协会)建议使用表3中的熔化保护。对于标准的压铸操作，最常见 的做法是干燥空气中混合0.2%的SF6 为避免吸收水分，不要使用过长的保护气体输送管。 在输入铸锭的和其它操作时，尽量减少炉盖窗口的打开时间。 尽量避免各种泄漏。 确保保护气体直接通至熔化金属表面。 在提供良好保护的前提下，把流量调节到最少。 确保保护气体的供应不能中断。 用熔渣工具经常清理熔化金属表面积聚的反应物。 表表3 在不同的工作条件和温度下，在不同的工作条件和温度下，IMA建议的保护气体建议的保护气体 熔化温度() 保护气体(VOL%) 工作条件 表面搅动 焊剂污染 熔化保护 650
13、705 Air+0.04%SF6 不 不 优秀 650705 Air+0.2%SF6 是 不 优秀 650705 75%Air/25%CO2+0.2%SF6 是 是 优秀 705760 50%Air/50%CO2+0.3%SF6 是 不 优秀 705760 50%Air/50%CO2+0.3%SF6 是 是 很好 2.6.4防止铝热剂反应 坩埚壁和钢配件的锈迹及剥落等应尽量避免和镁合金接触. 熔化保护气体SF6和SO2 不正确使用坩埚鳞片状剥落，从而和熔化镁合金发生剧烈的反应。 使用表3所示IMA混合气体。 在密封的坩埚内绝对不可以使用高浓度的SF6和纯的SF6 。 在熔化炉关闭时, 坩埚应盛
14、满金属以避免坩埚壁吸收水分。 保持坩埚壁没有锈迹,在清洗时应避免锈蚀进入熔化液。 坩埚衬表应干净而没有锈蚀。 2.6.5清理坩埚熔渣 正确的清理坩埚方法是安全操作规程和维持熔化金属的品质所必须的。 在一定的间隔内,应清理坩埚的表面和底部. 使用干净和预热的工具. 把工具缓慢插入熔化金属以使温度均衡 熔渣应该放进预热的钢柜中,最好有一定的冷却能力。 把保护气体和熔渣的盖相连，以控制熔渣燃烧。 由于可能积聚燃火的镁粉，如果熔渣柜中发生燃烧，不要很快移开盖子。 2.6.6防止和含硅的绝缘材料反应 合适的熔炉结构和坩埚控制方法是熔化安全操作的关键。 当和熔炉的镁合金直接接触有危险时，低密度，高硅绝缘材
15、料不能用在处理熔化的镁合金的 设备上。 熔炉底应使用高密度高熔炉点的氧化铝材料。 为防止故障，熔炉应配有钢制容器以容纳熔化的金属。 在金属液流出时，用干燥的焊剂控制燃烧直到金属完全固化为止，立刻关闭电源供应。避免 以下原因引起的损坏：在坩埚中加入锌、铝合金；在关闭期间于400600盛放熔化金属；不正确的使 用保护气体。 间隔一定的时间检查坩埚， 微小的损坏可以通过焊接修补， 当坩埚壁厚度比原来减少50%时， 通常更换新的坩埚。 2.6.7压铸 压铸是镁合金生产较好的方法，可以以高的生产力生产复杂、薄壁的零件，和铝合金相比具有更 低的模具损耗。镁合金的生产即可用冷室机也可用热室机。为具有更好的性
16、能，建议镁合金压铸使用 铝合金高一些的注射速度，特别是对于薄壁零件。 大部分先进的镁合金压铸设备都装有安全操作装置，在压铸操作时必须严格遵守安全规定。 保持良好的厂房管理，镁合金件的压铸和表面处理也不例外。 由于和水和含水材料的剧烈反应，应特别注意避免此种情况。 熔化金属进入压室时偶然的金属应放在压室下面干燥的容器内。避免锤头润滑油在引区域积 聚。 压铸之前，在关闭期间冲头上冷却的水应加热除掉。 在模穴上尽量避免使用过量的基于水的润滑剂，注射料筒上不能积聚水分。 如果存在过量的模具润滑剂，水和含水的流体，金属偶然流入模具下面的坑中是很危险的， 此坑穴要经常清理，并且使润滑剂有效排放。 和其它金属一样，应避免模具闪光。 2.6.8机械加工 尽管压铸件在压铸以后，几乎可以达到精度要求，通常
