镁合金半固态加工的极限技术与经济因素

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镁合金半固态加工的极限技术与经济因素

——略论镁合金大气环境无保护铸锻产业化生产与我国特有的产业技术优势

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摘要： 要使基本牌号的镁合金好象与铝合金一样，能在大气环境无保护地铸锻产业化生产出来，多年来都是行内的一个梦想。我国作为原镁生产大国，并已是世界汽车与IT产业大国，还未成为镁合金加工，特别是铸锻加工大国，它只是产业发展过程相对滞后引起的。我国现阶段所取得的原创产业技术进步，所具有的产业技术优势，足以催生这一新产业来。

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现将有关资料整理如下。

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1．镁合金大气环境无保护生产唯一的制约因素

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制约镁合金大气环境无保护铸锻生产梦想实现的唯一因素，就是镁合金的燃点与其熔点的温差相差不大，各种铸造工艺（包括其它复合工艺如半固态成形、连铸连锻等）所需的初始成形工作温度（简称“始作温度”）与其燃点相差不多，甚至低于其“始作温度”，镁合金在保护气氛下的铸造成形，就成为了一个充分必要条件了。

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要打破这一个充分必要条件，人们在思维方式与实践上都已经取得了进步，其一从原料方面着手，就是镁合金的阻燃化，并开发出一些阻燃镁合金。这些阻燃镁合金的燃点，略高于镁合金铸造生产的始铸温度（始作温度），实现了镁合金大气环境下无保护生产的突破。其二是工艺上着手，采用更低“始作温度”的半固态成形工艺。

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2．原料方面基本要求的两项因素

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镁合金在大气环境无保护地铸锻产业化生产，原料方面的基本要求，那就是要使基本牌号的镁合金，都能运用公知的技术，通过简单的阻燃合金化后，就能满足镁合金的无保护气氛铸造-锻造成形。

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这里面提及的因素有两个：

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一是“基本牌号镁合金的阻燃化”。

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既然要实现产业化生产，我们就不能局限于几项研制出来的阻燃镁合金，还得覆盖基本的镁合金牌号，实现“基本牌号的镁合金都能阻燃化”；

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二是“镁合金公知的阻燃合金化技术”。

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这里包括了经济方面的两项相对内容：特种阻燃镁合金成份往往不但含有专利，并且其阻燃燃点与始作温度非常接近，要进一步改进，相信其工艺技术难度与生产控制成本都会明显增加。

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因此，提出用公知的阻燃合金化技术作为一项基本条件或要求，一来避开特种阻燃镁合金的“技术方阵”，既不用开发各种牌号的常规高阻燃点合金，也使生产的工艺技术难度相对降低；二来避开了阻燃镁合金的“专利方阵”，生产成本必然得到减低。

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由于镁合金锭都由专业厂家生产，普通镁合金与阻燃镁合金生产的技术与经济性若相同，“门槛”一样，就解决了下游加工“无米之炊”的忧虑，对推动我国镁合金铸锻成形产业的大发展，其重要意义自是不言而喻的。

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3．半固态成形工艺在镁合金加工的特殊意义

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半固态成形工艺，大家都有所了解。就铝合金的半固态成形工艺的经济性来说，就算不经过传统半固态成形工艺的制坯工序，仅降低铝合金的充型温度，其意义并不大。我们不能夸大半固态成形相对于普通铸造工艺上的优势。但如果将半固态成形工艺应用于镁合金加工，其目标是使镁合金如与铝合金一样，用普通的铸造机与工艺，就能在大气环境无保护地铸锻产业化生产出毛坯来，这个意义就非常重大了。

下面所剖析的工艺与装备技术，所澄清的某些观念却是必要的。

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3．1镁合金半固态注射成形工艺与装备的技术经济局限性

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如塑料注射工艺原理相仿的镁合金半固态注射成形工艺与装备，实现了镁合金大气环境下无保护铸锻（挤）生产。该工艺与装备，从技术原理上并无问题，但实现我国的产业化碰到的技术经济性上的问题却不能忽视。

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一是这类设备含有外国的小项专利，国内并无生产，几百万、上千万一台的价格早把国人吓跑了。

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二是可定性地说，这类设备的技术先进性并不比用普通压铸机半固态流变铸造成形工艺优，大家不用“媚外”。如果两种工艺的充型温度、充型比压一样，所生产出来的镁合金毛坯质量是一样的，但设备投入的巨大差异使得两者的生产成本相差太悬殊，前者根本就不具有我国的工业经济性，完全没有替代效应与推广价值。

3．2不经制坯的镁合金或阻燃镁合金半固态充型压铸（——指最广义的“带有压力充型的铸造，包括高压铸造、低压铸造、差压铸造等所有充型铸造”）工艺

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就充型温度、充型比压两项参数看，实现半固态桨料的充型，并不因桨料是从熔融状变过来，或是将原料加热到半固态温度区间，还是经过制坯再变成半固态桨料，有本质上的区别！也请大家不要夸大地认为，使用这三种不同的桨料，在最终成形毛坯的质量上，有更实质的区别。再换言之，半固态加工工艺，并不是一定要让人们清楚地“看到”一个半固态的制坯过程，才是或才能实现半固态加工。其实所有的铸造过程，汤料都“经历”了一个从“液态—半固态—固态”的微观过程。液态模锻与连铸连锻工艺，客观上也是半固态加工的一种表现形式！

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还有一项观念请大家不要搞复杂了，就是“用普通压铸机实现的半固态流变铸造工艺”与“在普通压铸机上，用加热到半固态状态的桨料进行普通压铸的工艺”，并没任何区别！因此，所谓“不经制坯的镁合金或阻燃镁合金半固态充型压铸工艺”，也就是“在普通压铸机上，用加热到半固态的镁合金或阻燃镁合金桨料进行压铸的工艺”！说得更简单一点，它就是我们所常见的压铸工艺，只是充型的材料（汤料、桨料）温度低一点罢了。

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3．3镁合金或阻燃镁合金半固态压铸存在的问题

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镁合金或阻燃镁合金半固态压铸存在的问题，与镁合金（铝合金）压铸存在的问题基本是一样的，一是普遍存在缩孔缩松缺陷。缩孔缩松缺陷，是金属“液—固”相变过程的必然现象。半固态成形工艺，或能减轻这种现象，而绝不能避免这种现象；二是若采用比普通铝压铸工艺更高的充型速度充型，镁合金铸件毛坯的气孔现象也将更严重；三是不管是什么样的铸造工艺，生产出来的毛坯，都只能是铸态毛坯，而绝不会是锻态毛坯。

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4．大气环境无保护阻燃镁合金半固态成形的工业经济性及其递进技术

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4．1阻燃镁合金半固态成形最大的工业经济性分析

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阻燃镁合金半固态成形最大的工业经济性，就是实现基本牌号镁合金的大气环境无保护工业化生产。

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镁合金的熔点是650°C，其初熔温度约是560℃，半固态温区宽，是一种理想的半固态成型金属。采用镁合金的半固态成形工艺，可将镁合金的始作温度从原来的760℃，降到合金熔融状态的560～630℃。很多普通镁合金经简单的阻燃合金化后，燃点都能高于560～630℃这个温度，这就使镁合金在大气下的无保护熔炼与铸锻生产具有普遍性，不再局限于现时研制出来的少数几个牌号，阻燃镁合金半固态成形最大的工业经济性，就能反映出来。

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4．2阻燃镁合金半固态连铸连锻技术

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阻燃镁合金半固态成形的递进技术，就是其连铸连锻技术，也就是在原来半固态充型的基础上，连续（同时）完成对已充型毛坯的锻造补缩或锻造成形，生产出结构复杂的锻态毛坯来。

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如果说，传统的铸造，特别是普通压铸工艺，只能生产一些“结构件”的话，那么，连铸连锻工艺就能在传统压力铸造充型的基础上，生产出可承受高温、高压、抗冲击等的“功能件”（如活塞、连杆、轮毂、发动机缸体等）来。而另一方面，也能将原来生产的“结构件”，从其铸态毛坯品质，提高到是锻态品质，显著提高其综合机械性能。

5．我国原创的半固态连铸连锻技术介绍

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我国原创的实现半固态连铸连锻的技术，它的本名叫“挤压压铸模锻”和“多向挤压压铸模锻”（或简称“压铸模锻、液态模锻压铸”）技术，是一项原理性发明。

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它可表达为多种具体的工艺与装备，如“低压（重力、差压）铸造模锻”工艺与装备，“普通压铸模锻”工艺与装备，“半固态充形模锻”工艺与装备，“全自动液态模锻压铸”工艺与装备等。可以是立式、卧式、热室式和冷室式。可生产包括镁合金、铝合金、铜合金等所有有色金属和不锈钢等各种黑色金属。

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特种的专机也可包括：生产厚壁柴油机活塞的“低压铸造对向模锻机”，生产汽车轮毂的“低压铸造对向三锻压模锻机”等。

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各种挤压压铸模锻机的本质，都是一种连铸连锻设备，它实现与传统的低压铸造机、普通压铸机，及其它铸造机完全兼容，一台设备上，既可生产普通铸造件、压铸件、低压铸造件，也可生产各种结构最复杂（带砂型芯）的液态模锻件，甚至把“翻砂”铸造、熔模（失蜡）铸造也复合上来，实现机械化生产。

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6．结语

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镁合金与铝合金一样，实现在大气环境无保护地铸锻产业化生产并不是梦想。运用阻燃镁合金半固态成形工艺，是实现这个梦想的最可行技术。我国原创的镁合金“半固态挤压压铸模锻技术”，是一项原理性发明专利的表达工艺，这项具有我国自主知识产权的产业技术，既是阻燃镁合金半固态成形工艺的递进技术，亦为全面建立起我国镁合金铸锻新产业提供保障。

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作者：广东肇庆鸿银机电科技有限公司 欧阳 先生

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