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??20 世紀80 年代初期，北美汽車制造企業(yè)為了達到平均燃油標準（CAFE），都努力降低汽車自重，以減少燃油消耗。鎂合金由于密度小、壓鑄性能好被認為是降低汽車自重的首選合金，各國都加緊進行鎂合金生產(chǎn)及應用研究，鎂合金工業(yè)因而進入飛速發(fā)展階段。
鎂合金的組織性能與分類
常用鎂合金共有四大系列
⑴ Mg-Al-Si(AS)系列A S 系列具有較好的抗蠕變性，強度高，塑性、韌性好，但充型性能較差，常用于制造工作溫度較高的發(fā)動機零件，如發(fā)動機曲軸等。⑵ Mg-Al-Zn(AZ)系列A Z 系列具有均衡的力學性能和鑄造性能，屈服強度高并具有一定的耐鹽霧腐蝕能力，適合制造形狀復雜的薄壁壓鑄件，如閥套、離合器殼體等。⑶ Mg-Al-Mn(AM)系列A M 系列具有優(yōu)異的韌性和塑性，適合制造受沖擊的零部件，如汽車輪轂等 。⑷ Mg-Al-RE(AE)系列A E 系列具有比 A S 系列更好的抗蠕變性，但易粘模，壓鑄性能較差，并且稀土成本高，該合金暫時應用范圍較小。鎂合金的組織與性能特點鎂合金在共晶溫度時，具有α相單相組織， 而在常溫下具有α + β （Mg2Al3）組織。鎂在α相中有一定的溶解度，而且鎂原子半徑與鋁原子半徑相差很大，故能產(chǎn)生很強的固溶強化作用 。α與β兩相是以離異共晶形態(tài)存在，在鑄態(tài)組織中β相以網(wǎng)狀呈現(xiàn)在α相的晶界處，會降低合金的強度和塑性。采取固溶化及淬火處理，消除β相，能提高其機械性能。鎂合金不具有時效強化作用，不宜進行強化處理。雖然鎂在α相中溶解度隨溫度下降而降低，但由于鎂原子在鋁中容易擴散和聚集，即使在常溫下也會發(fā)生自然時效過程，析出β相。當80℃以上，時效過程更快，故不宜用時效強化的熱處理方法。
鎂合金表面有一層由尖晶石構(gòu)成的膜，因而使合金具有良好的耐海水、大氣腐蝕性能。但合金只有在組織中不析出β相時才有此性能，如果是α + β兩相組織，則由于β相與α相之間有較大電位差，故有較大電化學腐蝕傾向。A Z 系列合金中 Z n 在合金中溶于α相，并在晶界上形成 T 相，有效抑制鎂原子的擴散和β相的析出。因此其組織穩(wěn)定性強，應力腐蝕傾向較小。合金中的表面活性元素 Be 富集于表面，而成為氧化鋁膜中的組成物，增大了氧化膜的電阻率，故提高合金抗氧化性。又由于BeO 的體積是氧化前 Be 體積的 1.7 倍，提高了氧化膜的致密度，因而提高耐蝕性。A S 系列合金中的 S i、M n 的輔助強化，提高了組織穩(wěn)定性，減小應力腐蝕傾向，S i 也減小了熱裂傾向。另外，鎂合金還具有其他一些特點，如密度低，但比強度、比剛度高；吸震性好；收縮率均勻一致，具有良好的蠕變強度；縮孔傾向小；流動性好、凝固快；與鋼之間的粘附系數(shù)低，易脫模；與 F e 、C o 、C r 、W 等元素不溶或微溶，對鋼質(zhì)模具和工具侵蝕作用小；有良好的切削加工性能等優(yōu)點。鎂合金中的雜質(zhì)元素及影響F e 是主要雜質(zhì)元素，它可形成針狀FeAl3 化合物造成合金的脆性。Fe 還能使淬火狀態(tài)的合金在應力作用下更易析出β相，增大其應力腐蝕傾向。同時 Ni,Cu 都會使其腐蝕速度加快。另外，鎂合金中的Zn,Ca,Ce,Nd 等對耐蝕性均有負面影響。Mn 可與 Fe 生成 Al-Fe-Mn 化合物，而減小了 Fe 的有害作用。但 Fe 與 Mn 在合金液中的溶解度的比值小于極限值時，鎂合金才能獲得良好的耐蝕性。Al 通過固溶強化作用和形成沉淀析出提高鎂合金的強度及耐蝕性。
鎂合金鑄造方法常用的鎂合金鑄造方法有壓力鑄造、半固態(tài)鑄造、擠壓鑄造等。壓力鑄造壓力鑄造是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填鑄型型腔，并在壓力作用下凝固而獲得鑄件的方法。高壓和高速是壓力鑄造的兩大特點，又由于充填時間短，從而使鑄件具有自己特征。尺寸精度高；鑄件的強度和表面硬度高；還可壓鑄成形狀復雜的薄壁件。鎂合金密度小、比強度（比剛度）高、熔點底、流動性好、凝固快、尺寸穩(wěn)定性好、不腐蝕鋼質(zhì)模具等特點決定了其良好的壓鑄性能。鎂合金壓鑄件占鎂合金鑄件總量的 80% 以上。
針對鎂合金特點，鎂合金熱室壓鑄機的工作原理為：壓室浸在保溫坩堝的液體金屬中，壓射部件裝在坩堝上面，熔化坩堝用含 C、C r 極低的合金材料制成，工作溫度約為 660℃，當壓射沖頭上升時，液態(tài)金屬通過進口進入壓室內(nèi)，合型后，在壓射沖頭下壓時，液態(tài)金屬沿著通道經(jīng)鵝頸充填壓鑄型，壓射速度一般在 8m/s 以上，冷卻凝固成型，然后開型取件，完成一個壓鑄循環(huán)。鎂合金熱室壓鑄機適合生產(chǎn)薄壁中小壓鑄件。
1966年德國 FRECH 公司生產(chǎn)出了第 1 臺鎂合金熱室壓鑄機，1994年930t的大型鎂合金熱室壓鑄機試制成功。鎂合金冷室壓鑄機的壓室與保溫爐是分開的，壓鑄時，從保溫爐中取出液態(tài)金屬澆入室壓后進行壓鑄。目前鎂合金專用冷室壓鑄機還沒有普及，只有德國FRECH、香港力勁機械廠有限公司等少數(shù)幾家公司生產(chǎn)。
當普通冷室壓鑄機用于鎂合金壓鑄生產(chǎn)時需對壓射系統(tǒng)和給料系統(tǒng)進行改造，改造內(nèi)容包括提高壓射速度（到 6~10m/s ）、縮短增壓過程的建壓時間、提高壓射力、采用自動給料系統(tǒng)防止鎂合金氧化等。鎂合金熱室壓鑄機和冷室壓鑄機的對比情況見表 1。 表1 鎂合金冷室壓鑄機與熱室壓鑄機的對比 
半固態(tài)鑄造半固態(tài)鑄造是當液態(tài)金屬在凝固時，進行強烈攪拌，并在一定的冷卻速率下獲得 5 0％左右甚至更高的固體組分的漿料，并將這種漿料進行壓鑄的方法。通常分為兩種：
第一是將上述半固態(tài)金屬漿料直接壓射到型腔里形成鑄件的方法，稱為流變鑄造（Rheocasting）。第二是將半固態(tài)金屬漿料預先制成根據(jù)零件的大小裁成小的錠塊，需要時再將錠塊重新加熱到半固態(tài)，然后再送入壓室進行壓鑄，稱為觸變鑄造(Thixocasting)。半固態(tài)金屬壓鑄的依據(jù)是：合金再半固態(tài)時，在切應力作用下，具有類似粘性液體流動的特性。半固態(tài)射壓鑄造機的具體工作原理為：室溫狀態(tài)下將鎂合金碎料加入料斗，經(jīng)進料器進入壓射筒中，壓射筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺旋給料器推動鎂料慢慢向前移動，壓射筒上的加熱帶對鎂料進行加熱，螺旋給料器對鎂料進行剪切攪拌，促使碎料熔化成半固態(tài)，當半固態(tài)鎂料在壓射筒的另一端聚集到一定量時，用高速旋轉(zhuǎn)的螺旋給料器把半固態(tài)鎂合金壓入型腔中并在高壓下成型。與傳統(tǒng)鑄造方法相比，半固態(tài)射壓鑄造具有以下優(yōu)點：
(1)澆注溫度低，且半固態(tài)金屬在攪拌時已有部分熔化潛熱散失掉，減少了對壓室，壓鑄型型腔和壓鑄機組成部件的熱沖擊。(2)由于半固態(tài)金屬比全液態(tài)金屬大，內(nèi)澆口處流速低，因而充填時少噴濺，無湍流，卷入空氣少；又由于半固態(tài)收縮小，所以鑄件不易出現(xiàn)縮孔、縮松，提高鑄件質(zhì)量，尺寸穩(wěn)定。(3) 不需熔化及處理合金，生產(chǎn)過程安全。(4) 不用 SF6 等保護性氣體和熔劑，鑄件夾雜少，力學性能好，同時對環(huán)境污染小。(5)采用陶瓷加熱帶加熱，能源利用率高，并且由于鎂合金不需加熱到熔化狀態(tài)，所以比其它鑄造方法節(jié)約能源。(6)半固態(tài)金屬像軟固體一樣輸送到壓室，簡單方便。(7)半固態(tài)鑄件的表面有一富鋁層，具有良好的耐蝕性。(8)金屬料回收率達 100%。AZ91D 、AM60B 、AS41 、AE42等合金都可用于半固態(tài)射壓鑄造生產(chǎn)，產(chǎn)品廣泛用于電子、汽車零部件等。
擠壓鑄造擠壓鑄造是低速充型，在高壓下凝固的鑄造生產(chǎn)技術，分為直接擠壓鑄造和間接擠壓鑄造。直接擠壓鑄造的充型壓力直接施加在金屬液上，凝固快，鑄件組織致密，缺點是需要配置精確的定量澆注系統(tǒng)，適合生產(chǎn)形狀簡單的對稱結(jié)構(gòu)鑄件；間接擠壓鑄造是通過澆道傳遞壓力，在合金凝固過程中難以保持較高的壓力，但由于不需要定量澆注，所以目前鎂合金生產(chǎn)多用間接擠壓鑄造法。鎂合金擠壓鑄造的鑄型溫度一般為200~300℃，充型壓力為 50~150MPa，澆注時的過熱溫度為30~140℃，通常采用石墨基涂料。鎂合金的鑄造方法還包括低壓鑄造、差壓鑄造、消失模鑄造和砂型鑄造等。各種鑄造方法都有其優(yōu)、缺點，將不同的鑄造方法相結(jié)合可達到事半功倍的效果，如擠壓鑄造可與差壓鑄造、半固態(tài)射壓鑄造相結(jié)合，消失模鑄造可與低壓鑄造、差壓鑄造相結(jié)合等。
我國鎂資源豐富，菱鎂砂礦儲量約27億t，居世界首位。青海湖也儲有豐富的高品質(zhì)鎂資源，遼寧大石橋、海城、岫巖都有著豐富的鎂礦資源。我們應進一步開發(fā)鎂資源，同時開發(fā)鎂合金壓鑄件市場，挖掘鎂合金壓鑄件在我國汽車、通訊、電子等方面的應用潛力。
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