河南盛世達防腐工程有限公司生產(chǎn)的變形鎂合金具有密度低、比強度和比剛度高、電磁屏蔽效果好、抗震減震能力強、易于機加工成形和易于回收再利用等優(yōu)點，在航空工業(yè)、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、3C產(chǎn)品，軍工，裝備制造，紡織機械，運動器材等領域的具有廣泛的應用前景和巨大的應用潛力。

目前，鎂合金的應用大多數(shù)是以模鑄、壓鑄以及半固態(tài)成形等工藝來生產(chǎn)產(chǎn)品。這些鎂合金工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，存在著組織部太致密、成分偏析，極小厚度偏大、力學性能偏低等缺憾，不能充分發(fā)揮鎂合金的性能優(yōu)勢。塑性變形能夠改善鎂合金的組織和力學性能，大大提高鎂合金的強度和塑性，同時，很多領域重要結(jié)構(gòu)材料需要用的鎂合金板材、鎂合金棒材、鎂合金管材和鎂合金型材等只能用塑性成形工藝來制取，而不能利用鑄造等工藝來生產(chǎn)。

由于鎂合金晶體結(jié)構(gòu)是密排六方（Hcp）,塑性較差，成形困難，成材率低，加上人們對鎂合金易燃、不耐腐蝕等缺點的過分夸張和錯誤的認識，導致變形鎂合金沒有得到大規(guī)模應用。目前變形鎂合金板材、型材以及鍛件等生產(chǎn)仍集中在航空航天工業(yè)及軍事工業(yè)等高端領域或部門，沒有普及到民用工業(yè)領域。在當今社會節(jié)約資源和減少污染成為社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求的背景下，急需加快研究步伐，轉(zhuǎn)變觀念，以推動變形鎂合金在民用工業(yè)產(chǎn)品領域的應用。在此總結(jié)變形鎂合金及成形工藝的成果，探討變形鎂合金及其成形工藝的研究方向和應用成果。

變形鎂合金合金系

變形鎂合金主要分為四個系列（美國標準）：AZ系列（Mg—AI—Zn）,AM系列（Mg-AI-Mn）,MgZnZr系列，MgMnRe系列。

中國變形鎂合金牌號為MB系列。

幾個主要工業(yè)發(fā)達國家的變形鎂合金標準及牌號見表1所示。

變形鎂合金以AZ系應用較為普遍，其中又以MB2應用較為廣泛。變形鎂合金MB2的合金成分與AZ31B不同，其力學和成形性能比AZ31B稍差些。

新近研究開發(fā)的鎂合金如：Mg—Li系合金，由于鋰的加入，Mg-Li系合金成為較輕的變形鎂合金，金屬Li的密度只有0.53g/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結(jié)構(gòu)的β相，顯著改善變形鎂合金的塑性，變形加工能力大大增強。在變形鎂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，能夠顯著改善變形鎂合金的耐蝕性和高溫性能，形成新的合金牌號品種。

變形鎂合金與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金具有更高的強度和塑性。

我公司生產(chǎn)的鎂合金板材、鎂合金棒材、鎂合金型材以及鍛壓成形材料，已經(jīng)大量應用在航空航天工業(yè)、紡織機械工業(yè)、儀器設備、汽車工業(yè)、3C消費電子產(chǎn)品及軍工等各個領域，發(fā)揮出了鎂合金材料的獨特優(yōu)勢。

我公司生產(chǎn)的變形鎂合金材料質(zhì)輕，減震、電磁屏蔽等優(yōu)良性能，已經(jīng)被用來制作手提電腦、手機以及便攜音像器具等設施的外殼等，能夠達到輕巧、美觀（金屬質(zhì)感）、耐用等效果。

變形鎂合金比重小、比剛度、比強度高的特點，廣泛地應用在一些對重量特別敏感的手提工具、體育器材、航空航天、汽車等領域中。隨著新型鎂合金及其成形工藝不斷研究深入，變形鎂合金的用途和應用范圍將會不斷擴大。

有關各類變形鎂合金的主要用途見表2所示。

變形鎂合金的變形特征

表1 變形鎂合金牌號對照表

鎂合金的結(jié)構(gòu)特點

鎂屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，在室溫下只有1個滑移面(0001),也稱基面、底面或密排面，滑移面上有3個密排方向［20］、［110］和［20］,即密排六方晶體在室溫下只有3個滑移系，其塑性比面心和體L、立方金屬都低，塑性變形需要更多地依賴于滑移與攣生的協(xié)調(diào)動作，并受制于攣生；滑移與攣生的協(xié)調(diào)動作是鎂合金塑性變形的一個重要特征。室溫下，鎂合金的塑性較差，變形困難，且易出現(xiàn)變形缺陷，是鎂合金自身性質(zhì)決定的，也是制約變形鎂合金加工成形的本質(zhì)原因。

鎂合金的應力應變曲線

根據(jù)實驗測得鎂合金室溫下的伸長率一般不超過20%,塑性變形能力低，不能滿足大多數(shù)金屬成形工藝的要求。溫度對變形鎂合金的塑性影響很大，溫度愈高，塑性愈好，變形抗力愈低，易于成型加工。

提高變形溫度，能夠使鎂合金晶體內(nèi)棱面、錐面的滑移系啟動，顯著的改善鎂合金的塑性。在溫度高于2200C時，鎂晶體中的附加滑移面［101］開始起作用，變形容易的多。因此變形鎂合金主要是在300~4000C溫度范圍，就可以順利進行擠壓、軋制和鍛造等成形工藝。溫度過高，則材料氧化嚴重，成形加工性能變差。

鎂合金變形工藝

鎂合金與其他易成形金屬一樣，變形鎂合金幾乎可以用所有的金屬塑性成形工藝來實現(xiàn)成形。成形原理相同，不同的是具體工藝參數(shù)的變化。

鎂合金擠壓成形工藝

典型的擠壓成形工藝流程為：擠壓坯生產(chǎn)一加熱-擠壓-矯直-熱處理。

變形鎂合金的加熱溫度一般不超過4000℃,可用電爐加熱擠壓坯，一般不需要保護氣氛。擠壓溫度為300-4000℃之間。擠壓截面收縮范圍在10：1-100：1之間。在擠壓過程中，由于大變形而產(chǎn)生大量的熱量，需要釆取冷卻措施，以避免溫度過高，出現(xiàn)熱裂紋。

坯料擠壓成型后進行熱處理，可以獲得細小而均勻的合金組織，去除殘余應力，穩(wěn)定形狀和尺寸，改善其使用性能。

金屬擠壓工藝生產(chǎn)變形鎂合金型材和管材目前在國內(nèi)正趨向成熟，主要缺陷如裂紋、皺紋和扭曲等已經(jīng)得到了很大的改善。

鎂合金板軋制工藝

變形鎂合金板材的生產(chǎn)主要是通過軋制工藝來完成，鑄造工藝已經(jīng)被淘汰。軋制工藝流程如下：

鑄錠銑面-鑄錠均勻化-加熱-開坯-板坯剪切—板坯加熱-粗軋-酸洗-加熱-中軋-中斷或下料-加熱―精軋一產(chǎn)品退火-精整-氧化上色—涂油包裝。

我公司生產(chǎn)的鎂合金板材的軋制采用熱軋方式，必要時進行中間退火。釆用多道次、小壓下量工藝進行軋制。一般厚度6.3-200mm的板材為厚板，厚度6.3mm以下為薄板。

(1)鎂合金厚板軋制工藝

鎂合金板坯在軋制前要在軋制面或側(cè)面鋌面并經(jīng)過探傷檢查。要求板坯內(nèi)部組織均勻，晶粒細小，第二相分布均勻。采用帶有空氣循環(huán)的電阻鏈式加熱爐加熱，加熱溫度一般為450-5000℃,加熱過程中要使爐膛內(nèi)溫度分布均勻，避免局部高溫。

在軋制過程中要保證軋制溫度在2500℃以上，確保鎂合金具有良好塑性變形能力。鎂合金厚度的組織和性能主要取決于終軋溫度。隨著終軋溫度的提高，除伸長率增加外，抗拉強度和屈服強度均有所下降。

(2)鎂合金薄板軋制工藝

焦作盛世達輕合金技術有限公司生產(chǎn)的鎂合金薄板生產(chǎn)釆用軋制板坯。熱軋時加熱溫度一般比鑄錠溫度低30-600℃,加熱時間主要取決于加熱溫度、板坯厚度、裝爐量及釆用加熱爐的形式。常用的板坯加熱爐有箱式電阻空氣循環(huán)電阻加熱爐。

一般釆用厚度為5~6mm，特殊情況用厚度3mm的鎂板作為薄板坯。薄板在軋制過程中要保證軋輻的溫度維持在200~2500℃ 范圍，軋輻溫度過低會降低合金的軋制性能和表面質(zhì)量，而溫度過高難以保證板材平直度。

鎂合金板材在軋制以后要進行退火熱處理，使加工組織發(fā)生回復和再結(jié)晶，消除應力.鎂合金冷作硬化的敏感性很大，矯頑力很高，低溫下很難矯平，因此厚板在較高溫度下矯直。由于鎂合金滑移系小，一般釆用輻式矯直而不是拉伸矯直的方法.

變形鎂合金板材的生產(chǎn)，我國已具備工業(yè)化生產(chǎn)能力，我公司可以生產(chǎn)多品種多規(guī)格變形鎂合金板材，如MB1、MB2、MB3、MB8以及AZ31B,AZ40等合金的厚板和薄板。經(jīng)過多年的生產(chǎn)和研究，已具備鎂合金板材的成熟生產(chǎn)技術和生產(chǎn)工藝，已經(jīng)可以生產(chǎn)出厚度0.5-6.3mm的薄板，性能優(yōu)異，板型良好。我公司年產(chǎn)軋制鎂合金板500噸，已經(jīng)成為中國專業(yè)的鎂合金廠家之一。目前，可以生產(chǎn)鎂合金板牌號:AZ31,AZ40,AZ41,AZ61.AZ62,M1C,M2M,M2S,ZK61.ZK60,ME20M以及其他牌號，能生產(chǎn)出來的軋制板材特大厚度是200mm,特大寬度2000mm,板坯特大長度10米。

鍛造成形工藝

鎂合金可以鍛造成不同的尺寸和形狀，鎂合金鍛造精度可以達到和其他金屬一樣的程度，根據(jù)鍛造尺寸和設計不同而有所變化，鎂合金鍛件的性能要比鑄件具有更好的力學性能和更理想的內(nèi)部組織。變形鎂合金的鍛造設備一般為液壓鍛壓機或機械式鍛壓機。

變形鎂合金的導熱性能好，傳熱速度快，如果模具溫度過低會導致鎂合金工件激冷而形成裂紋，一般模具需要加熱，加熱溫度應在220℃以上。

變形鎂合金的鍛造溫度一般在350℃以上，保證良好的塑形，以便于成形。高溫下，鎂合金的表面摩擦系數(shù)較大，流動性差，黏附力大，充填較深的垂直?？纵^為困難，因此，除了模具設計應注意此特點外，必須釆取適當?shù)臐櫥?，潤滑劑可選用石墨粉或者二硫化鎢。

目前變形鎂合金的鍛造成形主要用于航空航天領域的重要零件的等溫鍛造，如大型直升機的上機匣。近期據(jù)報道美國汽車研究協(xié)會對汽車某些零部件使用鍛造鎂合金很感興趣，如汽車儀表盤、車門內(nèi)側(cè)面等，并加大研究力度。

鎂合金板材成形工藝

（1）彎曲成形

彎曲是普通又簡單而應用廣泛的成形方法，幾乎出現(xiàn)在所有的薄板成形工藝中，它可以直接作為單獨的成形工藝，也可以作為其他成形方法的一道工序，如拉伸、卷曲或者沉頭孔壓型等。簡單的彎曲就是將一塊平板金屬沿著給定半徑的工具進行彎曲，一般可以得到任何期望的彎曲角。按照彎曲工藝所用的設備和工具不同，可以分為：壓彎、折彎和滾彎三種類型。

彎曲成形的冷成形工藝只限于具有彎曲半徑大的中等變形零件；熱成形時，由于板材溫度的原因，板材的塑性得到改善，可以成形任意彎曲半徑的零件。

彎曲成形過程中會發(fā)生回彈現(xiàn)象，需要在模具設計予以考慮。彎曲成形中產(chǎn)生的殘余應力，也需要釆取措施，消除和釋放殘余應力。消除殘余應力，需要加熱工件并保溫一定時間。

（2）鎂合金板拉延成形

拉延成形是薄板立體成形中較為重要的塑性成形工藝，能夠成形各種各樣的零件，如平底圓筒形零件，復雜的汽車覆蓋件、手提電腦外殼、手機外殼以及其它3C產(chǎn)品的殼體零件。

變形鎂合金薄板的拉延性能與板材的塑性應變比r和應變強化指數(shù)n以及成形溫度、速度、工件形狀及摩擦潤滑等工藝條件有很大關系。拉延成形工藝與鎂合金的其他成形工藝一樣，成形溫度非常重要，一般說來，隨著溫度的升高，鎂合金薄板的深拉延性能可得到明顯改善。板材要加熱到3000℃以上，凹模要加熱到2000 ℃以上，否則很難成形。

德國奧迪汽車公司釆用熱拉延(熱沖壓)生產(chǎn)鎂合金汽車車門內(nèi)飾板，減重效果明顯。據(jù)Aida,Shuhei研究AZ31B薄板的沖壓性能，在473K,薄板的沖壓極限可達3.2,極大延伸率可達80-90%,沖壓性能得到明顯改善。

板厚為0.6mm的AZ31B鎂合金薄板，通過優(yōu)化模具設計參數(shù)，優(yōu)化沖壓工藝參數(shù)，在一般的機械沖壓機上，可以成功沖壓某機型手機面板。

工藝參數(shù)具體為：

凹模溫度300℃左右，凸模溫度1200℃左右，板坯溫度3000℃左右。

在工藝參數(shù)控制準確的情況下，制品表面質(zhì)量符合要求，無皺折、毛刺等缺陷。該手機面板具有質(zhì)的輕、剛性強、手感好和形狀穩(wěn)定等優(yōu)點。

結(jié)語

變形鎂合金具有諸多優(yōu)良性能，加之資源豐富，市場潛力巨大，應用前景廣闊。只要工藝參數(shù)合理科學，變形鎂合金可以適應任何金屬成形工藝，生產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品。今后需要研制新的合金系，通過添加稀土等合金元素，改善合金性能，研究成形工藝的理論和實踐，降低成本，提高成材率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以拓展變形鎂合金的應用領域。

同時，應當以航空航天、汽車工業(yè)、3C消費電子產(chǎn)品、運動器材、交通工具，裝備工業(yè)等領域為變形鎂合金的主要應用領域，盡快形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，形成強大的市場需求驅(qū)動力，焦作盛世達輕合金技術有限公司迅速開展鎂合金板材、鎂合金型材、鎂合金管材、鎂合金棒材及各種鎂合金零件的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，加快我國由鎂合金生產(chǎn)大國到鎂合金應用強國的轉(zhuǎn)變步伐。