2.5　鎂合金的其他鑄造方法

2.5.1　消失模鑄造方法

（1）消失模鑄造的基本概念及特點　美國鑄造學會鎂分會同實型鑄造分會的合作開發的實型鑄造鎂部件項目，取得了生產成功。在威斯康星州曼尼托克市的埃克工業公司完全澆鑄出牌號為AZ91E的鎂合金。這項工作證明實型工藝適合鎂合金。消失模鑄造又稱實型鑄造，其最新發展是真空干砂消失模鑄造，是目前國際上先進的鑄造工藝之一，可經濟地生產通常要由許多壓鑄件組合的復雜鑄件，也就是說，消失模鑄造方法是一種經濟有效、近無余量、精密成形并且容易實現清潔生產的新一代鑄造技術，在成形內腔復雜、砂芯多、難以分型和啟模的高品質鑄件上具有無可比擬的優越性，已成為汽車工業中生產缸體、缸蓋、進氣歧管、排氣歧管等鑄件的主要鑄造方法。

鎂合金消失模鑄造采用干砂，避免了普通砂型鑄造由水分引起的鎂合金燃燒問題，而且消失模汽化形成的還原氣氛，可抑制鎂合金氧化燃燒；鎂合金的線收縮率是鋁合金的1.2倍，熱裂傾向大，干砂退讓性好，可有效地解決這個問題。

（2）消失模鑄造的工藝及應用　采用同鋁實型鑄造相同的技術，生產出了內外質量俱佳的零件。經過長期發展，實型鑄造鎂合金生產有可能成為代替鎂壓鑄件的低成本的方式。劉子利等以AZ91鎂合金為材質，研究用消失模鑄造方法生產進氣歧管的工藝。模組制備的工藝流程包括可發性聚苯乙烯珠粒真空預發泡、模則成型、黏結組合三個工序。消失模用珠粒要求粒度小而均勻、預發泡后密度低、汽化吸熱少且發氣量少。澆鑄系統設計為側注式形式，將一個模型和直澆道直接黏結在一起構成試驗模組。直澆道尺寸為40mm×40mm×470mm，由EPS板材（密度為0.017g/cm³）切割而成，八個階梯式內澆口附帶在模型中。涂料采用美國Ashland Chemical Company的低透氣性涂料。模組涂覆涂料采用灌涂和毛刷刷涂方法，然后置于50℃烘箱中干燥24h以上。所用的試驗合金錠為AZ91D，采用20kg、7.5kW的坩堝電阻爐、覆蓋劑保護熔煉，采用鉑-銠熱電偶和與之相連的溫控儀測量和控制鎂合金液的溫度。當爐料全部化清后，將溫度調整至720～730℃精煉并靜置10min，然后調節到所需的溫度澆鑄。澆鑄過程中要保持澆口杯中金屬液始終處于較滿的狀態，不要斷流，采用一慢二快三平緩的方式澆鑄。如果需要抽真空，在所需的真空度穩定后澆鑄并在澆鑄完成后繼續保持該真空度5min。鎂合金熔煉的覆蓋劑和精煉劑采用JDMF和JDMJ，共試驗了4個鑄件。試驗結果表明，真空度是鎂合金消失模鑄造非常關鍵的工藝參數。1、2、3號鑄件的澆鑄溫度同為750℃，1號鑄件不抽真空，鎂合金液僅能充填模型很短的距離；2號鑄件的真空度為0.02MPa，模型已被金屬液充填，但局部存在冷隔狀皺皮；3號鑄件的真空度為0.05MPa，模型充填完整，輪廓清晰；4號鑄件的澆鑄溫度比3號低40℃，鑄件未澆足，也有較多的冷隔和皺皮缺陷；皺皮缺陷主要出現在進氣歧管化油器座面和其對面的表面上。

2.5.2　低壓鑄造

低壓鑄造是生產優質復雜鎂合金構件的首選方法之一，但是在應用于大型構件成形時往往受到裝備技術的限制。李新雷等從裝備機械部分、控制系統以及保護氣體混氣系統等方面進行了鎂合金低壓鑄造裝備技術的研發。研制的鑄造裝備熔化量為1000kg鎂合金液，最大單件澆鑄質量可達850kg。混氣系統可實現干燥空氣、SF₆及CO₂保護氣體的在線式比例混合，并能實現對鑄造過程中鎂合金液的有效阻燃保護。此外，模糊PID復合控制算法和數字式組合閥的應用，使控制系統具有很高的壓差控制精度。王狂飛等對鎂合金石膏型熔模鑄造不同澆鑄方式進行了對比試驗和充型過程模擬。結果表明，由于石膏型透氣性差，低壓鑄造方法要優于重力鑄造。薄壁鎂合金鑄件的主要缺陷是冷隔，重力鑄造冷隔程度比較嚴重，而且很難通過改善工藝消除；而低壓鑄造基本無冷隔缺陷，即使出現輕微冷隔，也很容易通過提高澆鑄溫度和增加壓力的方法消除。重力鑄造無法避免鑄件的氧化，而低壓鑄造通過一定措施可使鑄件不氧化。

2.5.3　鎂合金噴射沉積技術

噴射成形是將金屬粉末射入霧化液流中，隨射流沉積在基板上形成沉積材料的一種技術。該技術可獲得組織均勻、成分均勻的大塊快速凝固材料，在高技術新材料領域已廣泛應用，是一項涉及粉末冶金、液態金屬霧化、快速冷卻和非平衡凝固等領域的新型材料制備技術。研究表明，噴射沉積工藝改善了鎂合金性能，較鑄錠冶金工藝的抗拉強度增幅達16.7％，屈服強度增幅達27.8％，伸長率增幅達8.3％，并且較常規鑄錠冶金鎂合金晶粒細小，組織均勻。在噴射成形工藝流程中，通過對沉積坯鍛造、擠壓或熱等靜壓等變形加工可保證最終制品的性能。

2.5.4　鎂合金半固態金屬加工技術

半固態壓鑄是半固態成形技術中的一個重要分支，分為流變壓鑄和觸變壓鑄兩種。許多學者認為半固態金屬加工技術是“21世紀最有發展前景的近凈成形技術”。半固態金屬加工技術包括半固態壓力加工和半固態鑄造，在鋁合金制造上已獲得成功運用。半固態加工有很多優點，其加工溫度低，成本接近壓鑄件，性能接近鍛件，尤其對鎂合金這種易燃、壁厚、敏感性大的材料特別有吸引力。這種技術在鎂合金零件的制造上也取得了一些進步。流變壓鑄是將制備好的半固態金屬漿料直接轉移到壓射室進行壓鑄的方法。觸變壓鑄需要將漿料凝固成坯，再按照鑄件的重量對坯料切割成塊并進行二次加熱，達到預定的溫度后轉移到壓射室進行成形。由于流變壓鑄流程短、材料損失少、節能低耗，易被中小型企業所接受，因此，流變壓鑄的研究越來越受到重視，代表了半固態壓鑄發展的方向。

2.5.5　合金電磁連續鑄造

資料表明，合金電磁連續鑄造包括熔化鎂、添加組合阻燃元素、添加合金元素、保溫、靜置。在電磁場下半連續鑄造不可以通過添加組合阻燃元素實現鎂合金的無覆蓋或保護熔煉，縮短工藝流程，提高熔體質量；并通過施加電磁場和優化結晶器結構實現鎂合金低溫、高速半連鑄；通過控制工藝參數獲得無裂紋、表面平整光潔、組織細化且均勻，無溶質偏析的鎂合金錠坯。

2.5.6　合金雙輥連續鑄軋工藝

鎂合金采用雙輥鑄軋可以直接從熔體生產出近終厚度的鎂合金板坯，減少了反復熱軋的道次，從而降低生產成本，提高生產效率，是一種新開發的鎂合金坯料的鑄造方法，主要用來生產變形鎂合金板材的坯料。資料表明，雙輥鑄軋工藝可比傳統的生產工藝節約成本50％以上，雙輥鑄軋的冷卻速率可以達到10～10³K/s，這樣快速的凝固速度可使顯微組織均勻，晶粒細化，固溶度提高。晶格空位增加和在鑄軋材料中沿亞晶界的細沉淀物（小于10nm）的分布增加使基體的非均質形核得到強化。雙輥鑄軋材料的這些特征使鎂合金的力學性能得到明顯提高。采用雙輥鑄軋可顯著細化鑄坯顯微組織，提高鎂合金的強度與塑性，而且可以避免常規微合金化可能帶來的有害的以及無法預測的微電池現象，提高鎂合金的耐蝕性。

可以看出，鎂合金壓鑄、砂型鑄造、半固態成形都有一定的局限性，因此其鑄造方法，包括金屬型鑄造、低壓和差壓鑄造、擠壓鑄造、調壓鑄造等在鎂合金生產中也應得到發展。