镁合金薄板生产技术资料

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1、变形镁合金及其成形工艺镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、 电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、 易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域的具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。 目前，镁合金的应用大多 数是以模铸、 压铸以及半固态成形等工艺来生产产品。 这些工艺生产的产品， 存 在着组织部太致密、成分偏析，最小厚度偏大、力学性能偏低等缺憾，不能充分 发挥镁合金的性能优势。 研究和实践表明， 塑性变形能够改善镁合金的组织和力 学性能，大大提高镁合金的强度和塑性， 同时，很多领域重要结构材料需要用的 板材、棒材、 管材和型材等只能用塑性成形工艺来制取， 而不能利

2、用铸造等工艺 来生产，所以，变形镁合金及其成形工艺的研究越来越受到重视。但是，由于镁合金晶体结构是密排六方(Hep),塑性较差，成形困难， 成材率低， 加之人们对镁合金易燃、 不耐腐蚀等缺点的过分夸张甚至是错误的认 识，导致变形镁合金没有得到大规模应用， 变形镁合金及成形工艺的研究没有引 起足够的重视和深入的开展。 目前变形镁合金的板材、 型材以及锻件等生产仍集 中在航空航天及军事等高端领域或部门， 没有普及到一般民用领域。 在当今社会 节约资源和减少污染成为社会可持续发展战略的要求的背景下， 急需加快研究步 伐，转变观念， 以推动变形镁合金镁在民用领域的应用。 本文旨在总结变形镁合 金及成形

3、工艺的成果，探讨变形镁合金及其成形工艺的研究方向。变形镁合金的合金系变形镁合金主要分为四个系列(美国标准)：AZ系列(Mg Al Zn)，AM 系列(Mg-Al-Mn)，AS系列(Mg-Al-Si) ，AE系列(Mg-Al-Re)。中国变形镁合金牌号为 MB系列。几个主要工 业发达国家的变形镁合金标准及牌号见表 1所示。变形镁合金以AZ系应用最为 普遍，其中又以MB2应用最为广泛。需要指出的是变形镁合金中 MB2勺合金成分 与AZ31B不同，其力学和成形性能比 AZ31B稍差些，介于AZ31B和AZ31C二者之 间。新近研究开发的变形镁合金如： MgLi 系合金，由于锂的加入， Mg-Li 系

4、合金成为最轻的变形镁合金，金属 Li的密度只有0.53 g/cm3，用Li作合金 元素，除降低密度外，Li的加入可以在合金中形成具有bcc结构的B相，显著 改善镁合金的塑性，变形加工能力大大增强。 在变形镁合金系中加入稀土元素后，如在 Mg-Zn系合金中加入Y、Ce Nd以及 Re等元素，能够显著改善变形镁合金的耐蚀性和高温性能，形成新的合金品种。与铸造镁合金相比，变形镁合金具有更高的强度和塑性，作为板材、型 材以及锻压成形零件，可以应用在航空航天、汽车、3C及军工等各个领域，发挥出其独特的优势。利用变形镁合金比重小、比刚度、比强度高的特点，广泛地 应用在一些对重量特别敏感的手提工具、体育器材

5、、航空航天、汽车等领域中。 利用镁合金质轻，减震、电磁屏蔽等优良性能，来制作手提电脑、手机以及便携音像器具等设施的外壳等，能够达到轻巧、美观（金属质感）、耐用等效果。有 关各类变形镁合金的主要用途见表 2所示。随着新型镁合金及其成形工艺不断研 究深入，变形镁合金的用途和应用范围将会不断扩大。表1变形镁合金牌号对照表中国苏联美国日本德国MB1MA1A1M1AMgMnZMB2MA2AZ31B( C)M1MgAI3Z nMB3訂MA2-1-MB5MA3AZ61AM2MgAI6Z n3MB6MA4-MgAI6Z n3MB7MA5 二AZ80AZ61AMgAI7Z nMB8MA8 二AZ80AAM537

6、MB15MB65-1ZK60AZK60AMgZ n6Zr表2变形镁合金的主要用途类别部件名称常用材料牌号成形工艺汽车内饰 件仪表盘、内饰罩板、分电气 膜片箱、格栅、发电机托架、 座椅架、转向柱、后座AM50,AM60热冲压汽车车身 件内门板、行李箱盖、仪表盘 十子梁AZ31热冲压,热拉 深汽车底盘底盘筐、发动机轴、发动机 架、车轮、前后悬臂AZ31锻造,挤压,汽车覆盖 件行李箱盖板AZ31B轧制航空航天 部件直升机变速箱、座舱架、吸 气管、发动机架、刹车器、 壁板、副翼蒙皮、舵面、核 燃料箱、飞机内框架结构管 件、方向舵MB15,AZ31B ,AZ91B,ZK60,等温锻造，A超塑成形,热挤压

7、军事、兵器导弹舱段、弹夹、抢托、导 弹尾翼AZ31B轧制、锻造电子电器 部件笔记本电脑外壳、打印机板、 硬盘中小件、手机壳、摄像 机壳、相机架AZ31B热冲压体育、办渔具卷轴、滑雪橇、网球拍、 电动车部件、自行车架、轮AZ31B冲压,挤压公、家庭用品椅及残疾车架、拐棍、行李 架、镁合金夹具、印刷机械变形镁合金的变形特征1 镁合金的结构特点镁属于密排六方晶体结构，在室温下只有 1个滑移面（0001），也称基 面、底面或密排面，滑移面上有 3个密排方向20、110 和 2 0，即密 排六方晶体在室温下只有3个滑移系，其塑性比面心和体心立方金属都低，塑性 变形需要更多地依赖于滑移与孪生的协调动作，并

8、最终受制于孪生；滑移与孪生的协调动作是镁合金塑性变形的一个重要特征。室温下，镁合金的塑性较差，变形困难，且易出现变形缺陷，是镁合金自身性质决定的，也是制约变形镁合金加 工成形的本质原因。2 镁合金的应力应变曲线根据实验测得镁合金室温下的伸长率一般不超过 20%塑性变形能力低， 不能满足大多数金属成形工艺的要求。温度对变形镁合金的塑性影响很大，温度 愈高，塑性愈好，变形抗力愈低，易于成型加工。提高变形温度，能够使镁合金晶体内棱面、锥面的滑移系启动，显著的 改善镁合金的塑性。在温度高于 2200C时，镁晶体中的附加滑移面10 1开始起 作用，变形容易的多。因此变形镁合金主要是在3004000C温度

9、范围，就可以顺 利进行挤压、轧制和锻造等成形工艺。温度过高，则材料氧化严重，成形加工性 能变差。变形镁合金的成形工艺与其他易成形金属一样，变形镁合金几乎可以用所有的金属塑性成形工 艺来实现成形。成形原理相同，不同的是具体工艺参数的变化。1挤压成形工艺典型的挤压成形工艺流程为：挤压坯生产-加热一挤压一矫直一热处理变形镁合金的加热温度一般不超过4000C,可用电炉加热挤压坯，一般不需要保护气氛。挤压温度为3004000C之间。挤压截面收缩范围在10: 1100: 1之间。在挤压过程中，由于大变形而产生大量的热量，需要采取冷却措施，以 避免温度过高，出现热裂纹。坯料挤压成型后进行热处理，可以获得细小

10、而均匀的合金组织，去除残 余应力，稳定形状和尺寸，改善其使用性能。金属挤压工艺生产变形镁合金型材和管材目前国内还不太成熟，尤其是 生产薄壁管材和高精度型材还有困难，主要缺陷有裂纹、皱纹和扭曲等 。2 轧制工艺变形镁合金板材的生产主要是通过轧制工艺来完成，挤压和铸造很少采 用。轧制工艺流程如下：铸锭铣面T铸锭均匀化T加热T开坯T板坯剪切板坯加热T粗轧T酸 洗一加热一中轧一中断或下料一加热一精轧一产品退火T精整一氧化上色一涂 油包装。镁合金板材的轧制采用热轧方式，必要时进行中间退火。采用多道次、 小压下量工艺进行轧制。一般厚度20-80mm勺板材为厚板，厚度6-20mn为中板, 薄板厚度在0.5-

11、6mm范围。（1）厚板轧制工艺板坯通常在轧制前要在轧制面或侧面铣面并经过探伤检查。要求板坯内 部组织均匀， 晶粒细小， 第二相分布均匀。 采用带有空气循环勺电阻链式加热炉 加热，加热温度一般为450-500 C,加热过程中要使炉膛内温度分布均匀，避免在轧制过程中要保证轧制温度在 250 C以上，确保合金具有良好塑性变 形能力。镁合金中板和厚度勺组织和性能主要取决于终轧温度。 随着终轧温度勺 提高，除伸长率增加外，抗拉强度和屈服强度均有所下降。（2）薄板轧制工艺薄板生产采用轧制板坯或者挤压板坯。热轧时加热温度一般比铸锭温度 低30600C加热时间主要取决于加热温度、板坯厚度、装炉量及采用加热炉的

12、 形式。常用勺板坯加热炉有箱式电阻空气循环电阻加热炉。一般采用厚度为56伽，特殊情况用厚度3伽的镁板作为薄板坯。薄板 在轧制过程中要保证轧辊的温度维持在 200250C范围，轧辊温度过低会降低合 金的轧制性能和表面质量，而温度过高难以保证板材平直度。镁合金板材在轧制以后一般要进行退火热处理，使加工组织发生回复和 再结晶，消除应力。镁合金冷作硬化的敏感性很大，矫顽力很高，低温下很难矫 平，因此厚板在较高温度下矫直。 由于镁合金滑移系小， 一般采用辊式矫直而不 是拉伸矫直的方法。变形镁合金板材的生产，我国已具备工业化生产能力，洛阳铜加工厂铝 镁分厂可以生产多品种多规格变形镁合金板材， 如MB1MB

13、2MB3MB8以及AZ31B 等合金的厚板、中板和薄板。重庆大学轻金属工程研究中心经过研究，已具备生产镁合金板材的自主产权生产技术，已经生产出0.35 - 1.2mm的薄板，性能优异，板型良好。3 锻造成形工艺镁合金可以锻造成不同的尺寸和形状，镁合金锻造精度可以达到同其他 金属一样的程度， 并且根据锻造尺寸和设计不同而有所变化， 镁合金锻件的性能 要比铸件具有更好的力学性能和更理想的内部组织。 变形镁合金的锻造设备一般 为液压锻压机或机械式锻压机。镁合金的导热性能好，传热速度快，如果模具温度过低会导致镁合金工件激冷而形成裂纹，一般模具需要加热，加热温度应在220C以上。变形镁合金的锻造温度一般

14、在 350C以上，保证良好的塑形，以便于成 形。高温下，镁合金的表面摩擦系数较大，流动性差，黏附力大，充填较深的垂 直模孔较为困难，因此，除了模具设计应注意此特点外，必须采取适当的润滑。 润滑剂可选用石墨粉或者二硫化鉬。目前变形镁合金的锻造成形主要用于航空航天领域的重要零件的等温锻 造，如大型直升机的上机匣。 近期据报道美国汽车研究协会对汽车某些零部件使 用锻造镁合金很感兴趣，如汽车仪表盘、车门内侧面等，并加大研究力度。4 板材成形工艺（1） 弯曲成形弯曲是最普通最简单而应用广泛的成形方法，几乎出现在所有的薄板成 形工艺中， 它可以直接作为单独的成形工艺， 也可以作为其他成形方法的一道工 序，

15、如拉伸、卷曲或者沉头孔压型等。 简单的弯曲就是将一块平板金属沿着给定 半径的工具进行弯曲， 一般可以得到任何期望的弯曲角。 按照弯曲工艺所用的设 备和工具不同，可以分为：压弯、折弯和滚弯三种类型。弯曲成形的冷成形工艺只限于具有弯曲半径大的中等变形零件；热成形 时，由于板材温度的原因， 板材的塑性得到改善， 可以成形任意弯曲半径的零件。弯曲成形过程中会发生回弹现象，需要在模具设计予以考虑。弯曲成形 中产生的残余应力，也需要采取措施，消除和释放残余应力。消除残余应力，需 要加热工件并保温一定时间。2） 拉延成形拉延成形是薄板立体成形中最为重要的塑性成形工艺，能够成形各种各 样的零件，如平底圆筒形零件，复杂的汽车覆盖件、手提电脑外壳、手机外壳以 及其它3C产品的壳体零件。镁合金薄板的拉延性能与板材的塑性应变比r和应变强化指数n以及成 形温度、速度、 工件形状及摩擦润滑等工艺条件有很大关系。 拉延成形工艺与镁 合金的其他成形工艺一样，成形温度非常重要，一般说来，随着温度的升高，镁 合金薄板的深拉延性能可得到明显改善。板材要加热到 3000C