半固態(tài)觸變注射成型鎂合金組織性能分析(doc8)

1、半固態(tài)觸觸變注射射成型鎂鎂合金組組織性能能分析摘要：本本文對(duì)半半固態(tài)觸觸變注射射成型鎂鎂合金AAZ911D 的的組織與與性能進(jìn)進(jìn)行了分分析，結(jié)結(jié)果表明明，該成成形法所所生產(chǎn)的的鎂合金金產(chǎn)品的的組織及及力學(xué)性性能均優(yōu)優(yōu)于壓鑄鑄產(chǎn)品，從而為為應(yīng)用半半固態(tài)觸觸變注射射成型法法進(jìn)行鎂鎂合金汽汽車零部部件的生生產(chǎn)奠定定基礎(chǔ)。 關(guān)鍵鍵詞：觸觸變注射射成型 鎂合金金 組織織 力學(xué)學(xué)性能 1 引引言 近近年來，隨著對(duì)對(duì)綠色、環(huán)保等等方面要要求的提提高，鎂鎂合金以以其重量量輕、比比強(qiáng)度高高、比剛剛度高、減震性性好、耐耐電磁屏屏蔽、易易回收等等特點(diǎn)從從眾多金金屬材料料中脫穎穎而出，廣泛的的應(yīng)用于于航空、航天、電子

2、和和汽車等等行業(yè)。目前，鎂合金金應(yīng)用的的兩大熱熱點(diǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)是電子子業(yè)和汽汽車業(yè)。一方面面，用于于“3CC” (Commputter、Commmunnicaatioon、CConssumpptioon EElecctrooniccs PProdductts)產(chǎn)產(chǎn)品的殼殼體，有有逐漸取取代可回回收性較較差的塑塑料殼體體的趨勢(shì)勢(shì)；另一一方面，作為實(shí)實(shí)際應(yīng)用用中最輕輕的結(jié)構(gòu)構(gòu)金屬，鎂合金金能夠滿滿足交通通運(yùn)輸業(yè)業(yè)日益嚴(yán)嚴(yán)格的節(jié)節(jié)能和尾尾氣排放放要求，從而生生產(chǎn)出重重量輕、耗油少少、環(huán)保保的新一一代交通通工具。 國內(nèi)內(nèi)外廣泛泛采用的的鎂合金金成形方方法為壓壓鑄法。壓鑄鎂鎂合金產(chǎn)產(chǎn)品具有有尺寸穩(wěn)穩(wěn)定性好好、

3、生產(chǎn)產(chǎn)率高等等優(yōu)點(diǎn)，但也具具有夾雜雜多、氣氣孔多、成形后后難熱處處理、尺尺寸近凈凈成形差差等不足足。采用用壓鑄法法制造的的零件很很難滿足足諸如用用于“ 3C”產(chǎn)品中中所廣泛泛使用的的薄壁殼殼體類零零件以及及用于汽汽車工業(yè)業(yè)中的高高性能鎂鎂合金零零部件的的要求。 同壓壓鑄法相相比，半半固態(tài)方方法制造造的產(chǎn)品品具有鑄鑄造缺陷陷少，產(chǎn)產(chǎn)品的力力學(xué)性能能、尺寸寸精度、表面和和內(nèi)在質(zhì)質(zhì)量高等等優(yōu)點(diǎn)，此外還還有節(jié)約約能源、安全性性好、近近凈成形形性好等等優(yōu)點(diǎn)。目前世世界上已已經(jīng)成功功工業(yè)化化的鎂合合金半固固態(tài)成型型技術(shù)是是觸變注注射成型型技術(shù)1。長(zhǎng)春華華禹鎂業(yè)業(yè)有限公公司是我我國最早早引進(jìn)此此項(xiàng)技術(shù)術(shù)的廠

4、家家，本文文利用該該公司的的觸變注注射成型型機(jī)制備備試樣，對(duì)觸變變注射成成型鎂合合金的組組織及力力學(xué)性能能進(jìn)行了了分析，從而為為公司下下一步進(jìn)進(jìn)行汽車車用高性性能鎂合合金的研研究開發(fā)發(fā)作適當(dāng)當(dāng)?shù)募夹g(shù)術(shù)儲(chǔ)備。 2 半固態(tài)態(tài)觸變注注射成型型技術(shù)的的原理及及工藝過過程 22.1 半固態(tài)態(tài)觸變注注射成型型技術(shù)的的原理 在普通通鑄造過過程中，初晶以以枝晶方方式長(zhǎng)大大，當(dāng)固固相率達(dá)達(dá)到0.2 左左右時(shí)，枝晶就就形成連連續(xù)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)骨架，失去宏宏觀流動(dòng)動(dòng)性。半半固態(tài)成成形是在在液態(tài)金金屬從液液相到固固相冷卻卻過程中中進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)烈攪拌拌，使普普通鑄造造成形時(shí)時(shí)易于形形成的樹樹枝晶網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)骨架架被打碎碎而保留留分散的的

5、顆粒狀狀組織形形態(tài)，懸懸浮于剩剩余液相相中。這這種顆粒粒狀非枝枝晶的顯顯微組織織，在固固相率達(dá)達(dá)0.550.6 時(shí)時(shí)仍具有有一定的的流變性性，從而而可利用用常規(guī)的的成形工工藝如壓壓鑄、擠擠壓，模模鍛等實(shí)實(shí)現(xiàn)金屬屬的成形形24。 半固固態(tài)觸變變注射成成形法是是近些年年來開發(fā)發(fā)的一種種新工藝藝，源于于美國DDOW化化學(xué)公司司，美國國THIIXOMMAT公公司將其其商業(yè)化化。該工工藝是將將塑料的的注塑成成形原理理與半固固態(tài)金屬屬成形工工藝相結(jié)結(jié)合，集集半固態(tài)態(tài)金屬漿漿料的制制備、輸輸送、成成形等過過程于一一體，該該法較好好地解決決了半固固態(tài)金屬屬漿料的的保存輸輸送、成成形控制制困難等等問題。 2.2

6、 半半固態(tài)觸觸變注射射成型技技術(shù)的工工藝過程程 注射射成形法法主要工工藝過程程如下：被制成成顆粒的的鎂合金金原料（由枝晶晶鎂合金金鑄錠制制成，其其組織仍仍為枝晶晶組織）從料斗斗中加入入；在套套筒中的的鎂合金金原料通通過電加加熱轉(zhuǎn)變變成半固固體狀態(tài)態(tài)，在螺螺桿的剪剪切作用用下，在在套筒中中半固體體金屬漿漿料形成成了近乎乎于球形形狀的固固體顆粒粒，在注注射缸的的作用下下，以相相當(dāng)于塑塑料注塑塑機(jī)的十十倍速率率壓射到到模具內(nèi)內(nèi)成形。觸變注注射成形形機(jī)的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖11-1 所示。 圖1 觸觸變注射射成形機(jī)機(jī)原理圖圖3 試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)備及及方法 3.11 觸變變注射成成形試樣樣的制備備 本論論文采用用日

7、本制制鋼所的的JLMM-4550MGG 型觸觸變注射射成型機(jī)機(jī)制備了了標(biāo)準(zhǔn)力力學(xué)性能能試樣，在不同同制備條條件下，考察了了目前最最廣泛使使用的鎂鎂合金AAZ911D 組組織與性性能的變變化以及及耐腐蝕蝕性能。該成型型機(jī)的外外觀如圖圖2 所所示，試試樣模具具由日本本制鋼所所提供，所制備備的測(cè)試試試樣如如圖3 所示，成形過過程中模模具溫度度為1880。 圖33 中由由左至右右依次為為標(biāo)準(zhǔn)沖沖擊試樣樣，標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)蠕變?cè)囋嚇?，?biāo)標(biāo)準(zhǔn)拉伸伸試樣和和硬度試試樣，在在論文只只采用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)拉伸伸試樣進(jìn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)，分別別考察不不同工藝藝條件下下，半固固態(tài)鎂合合金組織織與性能能的變化化。圖2 JJLM 4500-MGG

8、 觸變變成型機(jī)機(jī) 圖33 注射射成型的的半固態(tài)態(tài)鎂合金金試樣快速腐蝕蝕條件如如下：腐腐蝕介質(zhì)質(zhì)為0.5%NNaCll 或00.1mmolNNaCll 溶液液；試驗(yàn)驗(yàn)溫度：室溫（靜態(tài)）或3551；腐蝕蝕時(shí)間：5 晝晝夜。 4 結(jié)結(jié)果與討討論 44.1 半固態(tài)態(tài)觸變注注射成型型鎂合金金的組織織分析 圖4 中組織織是取自自不同工工藝參數(shù)數(shù)制備標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)拉伸伸試棒的的中部，其工藝藝參數(shù)的的區(qū)別主主要表現(xiàn)現(xiàn)在料筒筒溫度的的差別，在圖44 中由由工藝(a)至至工藝(d)料料筒溫度度逐步升升高。圖4 觸觸變注射射成型AAZ911D 組組織由圖4 可見，在不同同工藝參參數(shù)條件件下，半半固態(tài)鎂鎂合金組組織的變變化不

9、大大，主要要差別表表現(xiàn)在缺缺陷的數(shù)數(shù)量和大大小方面面?？梢娨?，料筒筒溫度對(duì)對(duì)半固態(tài)態(tài)鎂合金金成型性性具有決決定性的的影響，在料筒筒溫度較較低的條條件下，半固態(tài)態(tài)漿料的的流變性性不足，成型性性能不足足，提高高料筒溫溫度可以以明顯的的提高半半固態(tài)漿漿料的流流變性能能，但會(huì)會(huì)明顯降降低固相相率，在在工藝dd 的條條件下，除晶粒粒細(xì)小外外，其組組織已經(jīng)經(jīng)接近普普通壓鑄鑄合金組組織。因因此，在在實(shí)際產(chǎn)產(chǎn)品制備備中必須須控制好好料筒溫溫度和組組織這兩兩方面的的因素，才有可可能獲得得高質(zhì)量量的產(chǎn)品品。 圖圖5 為為半固態(tài)態(tài)鎂合金金組織的的掃描電電鏡照片片。由圖圖5a 可見，半固態(tài)態(tài)鎂合金金試棒的的組織細(xì)細(xì)小

10、、均均勻，圖圖5b 為放大大的晶界界相，對(duì)對(duì)晶界相相的定點(diǎn)點(diǎn)能譜分分析表明明，其晶晶界相的的主要組組成為MMg 和和Al，并含有有少量的的Zn，其定點(diǎn)點(diǎn)能譜分分析結(jié)果果如圖66 所示示。對(duì)半半固態(tài)鎂鎂合金進(jìn)進(jìn)行線掃掃描的結(jié)結(jié)果表明明，All 和ZZn 主主要分布布在晶界界上，在在晶內(nèi)分分布較少少，Mgg 則主主要分布布在晶內(nèi)內(nèi)，在晶晶界處MMg 含含量明顯顯減少，如圖77 所示示。以上上結(jié)果表表明半固固態(tài)觸變變注射成成型鎂合合金的組組織形態(tài)態(tài)及分布布基本與與壓鑄組組織相同同。(a) 半固態(tài)態(tài)鎂合金金組織 (b) 半固固態(tài)鎂合合金的晶晶界相 圖5 半固態(tài)態(tài)鎂合金金組織的的掃描電電鏡照片片圖6 半

11、半固態(tài)鎂鎂合金晶晶界相分分析圖7 半半固態(tài)鎂鎂合金線線掃描結(jié)結(jié)果4.2 半固態(tài)態(tài)觸變注注射成型型AZ991D 的力學(xué)學(xué)性能分分析 44.2.1 觸觸變注射射成型AAZ911D 的的力學(xué)性性能 圖圖8 中中示出了了50 根試棒棒（圖44 工藝藝d 條條件下）中隨機(jī)機(jī)抽取55 根試試棒的力力-位移移曲線、力-變變形曲線線以及力力學(xué)性能能的測(cè)量量數(shù)據(jù)。由此可可見，半半固態(tài)觸觸變注射射成形試試棒已達(dá)達(dá)到了很很高的強(qiáng)強(qiáng)度，其其平均斷斷裂強(qiáng)度度可達(dá)到到2700MPaa 以上上，平均均屈服強(qiáng)強(qiáng)度可達(dá)達(dá)1500MPaa 左右右（由于于鎂合金金試棒在在拉伸過過程中沒沒有明顯顯的屈服服點(diǎn)，故故而以p0.2 估估算

12、屈服服強(qiáng)度）。圖8 半半固態(tài)鎂鎂合金的的力學(xué)性性能664.2.2 鹽鹽水快速速腐蝕對(duì)對(duì)觸變注注射成型型AZ991D 性能的的影響 鎂合金金的抗腐腐蝕性能能是衡量量鎂合金金性能的的一個(gè)重重要指標(biāo)標(biāo)，本文文采用快快速腐蝕蝕試驗(yàn)考考察了經(jīng)經(jīng)快速腐腐蝕后觸觸變成型型鎂合金金試棒組組織與性性能的變變化。所所采用試試棒與前前述力學(xué)學(xué)性能試試棒相同同。 圖圖9 示示出了經(jīng)經(jīng)5 晝晝夜快速速腐蝕后后AZ991D 鎂合金金試棒的的力學(xué)性性能。可可見，腐腐蝕后鎂鎂合金試試棒力學(xué)學(xué)性能明明顯下降降，平均均斷裂強(qiáng)強(qiáng)度下降降到2220MPP 左右右，屈服服強(qiáng)度下下降至1120MMPa 左右。腐蝕試試驗(yàn)結(jié)果果表明，盡管半

13、半固態(tài)組組織細(xì)小小、致密密，但是是其抗腐腐蝕性能能仍然相相當(dāng)差，做為重重要結(jié)構(gòu)構(gòu)部件和和裝飾性性殼體類類零部件件時(shí)，仍仍須采用用適當(dāng)?shù)牡谋砻嫣幪幚砉に囁?，否則則將無法法滿足使使用要求求。圖9 快快速腐蝕蝕后觸變變注射成成型AZZ91DD 的力力學(xué)性能能65 結(jié)論論 近年年來，世世界各國國高度重重視鎂合合金的研研究與開開發(fā)，將將鎂資源源作為221 世世紀(jì)的重重要戰(zhàn)略略物資，加強(qiáng)了了鎂合金金在汽車車、計(jì)算算機(jī)、通通訊及航航空航天天領(lǐng)域的的應(yīng)用開開發(fā)研究究。美、日、歐歐等發(fā)達(dá)達(dá)國家目目前已經(jīng)經(jīng)投入大大量人力力和物力力，實(shí)施施多項(xiàng)大大型聯(lián)合合研究發(fā)發(fā)展計(jì)劃劃，研究究汽車用用鎂合金金零部件件，這些些研究開開發(fā)計(jì)劃劃加快了了國外應(yīng)應(yīng)用鎂合合金零部部件的步步伐。我我國是一一個(gè)摩托托車生產(chǎn)產(chǎn)、消費(fèi)費(fèi)大國和和出口大大國，也也是一個(gè)個(gè)潛在的的汽車生生產(chǎn)和消消費(fèi)大國國。然而而，目前前我國的的鎂合金金成型技技術(shù)還相相對(duì)落后后，鎂合合金零部部件的力力學(xué)性能能及耐腐腐蝕性能能較低是是制約汽汽車用鎂鎂合金零零部件在在我國應(yīng)應(yīng)用的一一個(gè)重要要因素。 本論論文通過過對(duì)觸變變注射成成型AZZ91DD 鎂合合金試棒棒的顯微微組織、力學(xué)