镁铝合金件铸造工艺优化及缺陷分析

镁铝合金件铸造工艺优化及缺陷分析

佟鑫

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨  150000

摘要：镁铝合金是当前世界需求量最多的一种商业原料，但是因为镁铝合金的部分性能很差，所以对没了合金加工工艺优化与缺陷分析有着重要作用。文章介绍了镁铝合金加工工艺，探讨了镁铝合金加工工艺改进方法与防腐蚀性能，经数据分析对比得出工艺改造后的镁铝合金性能可以得到大幅度改善。

关键词：Mg-Al合金；铸造工艺；防腐蚀性

    近些年，铸造工艺逐渐优化，在铸造选材方面更注重高强度、强量化原料。镁铝合金物料质轻密小、强度高、导热效果好、流动性好和熔炼气温低等优势，非常适用于金属加工工艺，受到各零配件行业的认可。镁铝合金化学特性较活泼极易和氧气产生氧化反应，所以在加工工艺中要选择真空压铸法、充氧压铸法或半固态触变压铸法等全新的铸造方式。深入探究镁铝合金加工工艺方法、确定参数以及铸造缺陷，有利于完善铸造工艺计划。

1、镁铝合金加工材料

    工业领域的镁合金包含三类合金系，即Mg-Al系、Mg-Zn系与Mg-Re系，其中，Mg-Al系是当前应用最普遍也是研发类型最多的，涉及AZ91A、B、C、D、E等AZ91系合金产品，其加工性能良好且容易生产、成本低、较好的力学性能与防腐蚀性能使之普遍用在各种铸造配件中，在AZ91合金内添加适量的Sn成分可以提升其耐热性；添加Si成分可以提升其蠕变能力；添加Re成分可以增加其硬度；添加Mn成分可以提升其防腐蚀能力，Mg-Zn系的镁合金包含ZAC与MCZZ类型、HK31、HZ32及ZH62A等类型，其中Zn成分对合金有着一定的时效强化功能，在Mg-Zn系产品时效处理阶段，将从过饱和固溶体内析出MgZn细小颗粒且弥散分布，所以可以明显增强Mg-Zn系产品的强度。

    现如今，铸造领域的镁铝合金应用范围大，其生产性价比很高，且极易被制造成成品，由于其化学性质稳固与耐腐蚀能力很高被用在各种铸造配件中[1]。镁铝合金质量好，但其铸造工艺尚待进一步优化，令镁铝合金产品具备更大的熔点、更稳固的性能，文章探究的镁铝合金的Al、Zn、Mn、Si、Fe以及其他物质成本及物料参数见表1与表2所示。

表1 镁铝合金的主要成分

表2 镁铝合金的物料参数

结合表1与表2数据，选取切当的加工工艺。镁铝合金加工工艺涉及浇注结构的冒口、直浇道、横浇道与内浇道的规划。

2、镁铝合金加工工艺优化探究

铸造物料是镁铝合金时，物料极易和空气里的氧气出现反应，硬化时体积收缩率很大，极易产生缩孔、缩松，而且混进合金液内的氧化物难以漂浮，导致合金液内掺杂杂物。采取开放式浇筑结构，浇筑结构内直浇道、横浇道与内浇道的比例是：

K直：K横：K内=1.5>（2.5~3.5）：（2~4.5）

如果浇筑结构的阻流截面是1.73cm2，那么直浇道的横截面Dmix=1.71cm2，按照比例能够求得其余两个截面大小，横浇道面积是D横=4.275cm2，内浇道面积是D内=3.42cm3。

以往的铸造工艺涉及的直浇道过大，镁铝合金件极易出现气孔与砂眼，合金中间位置没有补缩冒口，单独部分很多，其内部结构中相对质量很差。

若铸造温度太高,合金内浇口底端位置易出现缺陷[2]。经改造规划铸造工艺，结合采集到的信息能够发现，镁铝合金产品的凝固时长缩减至31s左右，而铸造缩松问题也得到明显改善,表3与表4是铸造工艺改造前后得到镁铝合金产品的缺陷率与性能比较。

表3铸造工艺改造前后得到镁铝合金产品的缺陷率

表4铸造工艺改造前后得到镁铝合金产品的性能比较

根据采集到的信息能够发现，改造铸造工艺可以明显提升加工质量及效率。经对比研究镁铝合金件改造前后的性能发现,改造后的铸造方法更科学，能在生产过程起到巨大作用。在后期机械运用时也未发现镁铝合金产品问题,为今后铸造工艺创新研究提供借鉴依据。

3、镁铝合金加工缺陷分析

镁铝合金由于其具有独特的核外电子布局规律，于航天、机械材料方面具有普遍使用。铸造业能够经过净化合金液体、加入有效金属成分、增大合金铸造温度来提高镁铝合金的防腐蚀能力。结合我国探究镁铝合金产品腐蚀作用与机理方面的信息能够发现，提升镁铝合金产品防腐蚀性的方法有较多，涉及合金表层预处置、完善加工工艺流程和加入其他金属物料等，其中加入其他防腐蚀金属物料能够从本质上提升镁铝合金产品的防腐蚀能力

[3]。因为镁铝合金的特征与优势，逐渐受国内外研究人员的高度重视，西方对镁铝合金防腐蚀性的探究具体表现在合金成分方面，采取先进的仪器工具探究了镁铝合金防腐蚀能力，得知在Al浓度相同的状态下，加入了Re的镁铝合金防腐蚀性能明显高过未增加任何其他金属成分的镁铝合金，而且加入Re成分的镁铝合金受腐蚀速度在合金内是最低的。在含Al浓度基本一样时，当Fe杂质浓度在0.004%-0.015%以内时，镁铝合金体现的腐蚀能力最普通，但当Fe杂质浓度少于0.002%时，镁铝合金防腐蚀能力最高。

国内对镁铝合金产品防腐蚀的探究表现在电解液与加入其他金属物质上，在镁铝合金内加入其他金属物质来提升防腐蚀性能。调查表明，在镁铝合金内添加0.98%的稀土成分后，其被氧化受腐的速度大大降低[4]。通过化学封孔处置氧化膜层，繁琐的合金件无法获得比较均匀的氧化膜层，相对于其他产品的阳极氧化，Mg-Al合金的氧化膜和机体的结合力略有不同。电解液阳极氧化加工膜内既有镁铝合金成分的氧化物，也有电解液内经过电分解集中到镁铝合金产品表层的其他氧化物，这类氧化物能够填充氧化膜间隙，对提升镁铝合金产品强度、防磨性和防蚀性有显著意义。

4、结束语

总之，镁铝合金产品密度很小，具备良好的可再生作用，导电导热效果也很强，极易回收的性质满足国家对绿色结构物料的需要，是减小设备自重的有效材料。实验结果表明，镁铝合金加工工艺得到明显改善，能符合铸造领域实际的加工要求，这同样验证了改造铸造工艺后的实用性与高效性。

参考文献：

[1]刘颖卓,崔恩强,张娜,张旭亮,游辉辉.镁铝合金振动台面铸造工艺研究[J].热加工工艺,2019,48(23):79-81+85.

[2]金铎,任宏瑞,刘奋照,王炎.镁铝合金件铸造工艺优化及耐腐蚀性能分析[J].世界有色金属,2017(22):223+225.

[3]蔡承宇.基于ProCAST的铝合金件铸造工艺仿真优化研究[J].科技视界,2017(04):124.

[4]牟清源.镁铝合金件铸造工艺优化及缺陷分析[J].铸造技术,2014,35(06):1346-1348.