由于鎂合金具有比強(qiáng)度和比剛度高，抗沖擊，吸震性好，尺寸穩(wěn)定性高，以及較高的抗蠕變性能，并可進(jìn)行快速切削加工等優(yōu)點(diǎn)，且鎂合金又是目前工業(yè)材料中最輕的金屬之一，絕大多數(shù)鎂合金可以焊接，特別是可以采用方便的氬弧焊，能獲得很高的焊接質(zhì)量，因此,鎂合金材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。鎂合金鑄件多采用砂型鑄造或壓力鑄造。
( 1) 第一個(gè)階段主要在鎂中加入鋁和鋅，即Mg- Al-Zn 系合金 這類合金可得到與鑄造鋁合金相近的抗拉強(qiáng)度。我國的ZM—5 、英國的L121 及美國的AM80A 都屬于這類合金，主要添加元素為鋁，而鋅的含量較低,主要是因?yàn)殇\含量增加時(shí)，容易出現(xiàn)顯微疏松。這類合金的主要缺點(diǎn)是： ①從相圖上可看出結(jié)晶間隔較寬，約為157 ℃，鑄造生產(chǎn)中容易產(chǎn)生顯微疏松。② 力學(xué)性能受到鑄件壁厚的影響，隨著鑄件壁厚的增加，力學(xué)性能有下降的趨勢。③屈服強(qiáng)度較低。
( 2) 第二個(gè)階段是一個(gè)改進(jìn)階段 為提高M(jìn)g- Al- Zn系鎂合金的屈服強(qiáng)度，加入Zr 元素后( 如我國的ZM—1 、美國的ZK51A、英國的2970 MAG4P 等鎂合金) ，使晶粒明顯細(xì)化，屈服強(qiáng)度提高了一倍，并具有良好的抗疲勞性能和較低的缺口敏感性。缺點(diǎn)仍然是因?yàn)榻Y(jié)晶間隔較寬，容易出現(xiàn)顯微疏松和熱裂傾向。為此有的鎂合金中加入了稀土元素，如我國的ZM—2 、英國的2970 MAG5P 、美國的ZE41A。為了提高高溫抗蠕變性能，產(chǎn)生了以稀土元素為主要組元的鎂合金，如我國的ZM—3 和ZM—6 、英國的DTD5051 、美國的HK31A。
( 3) 第三個(gè)階段是提高階段 在鎂合金中加入銀,形成Mg- Zr- Ag- RE- Zr 系合金。銀合金化后，大大提高了鎂合金的屈服強(qiáng)度及抗蠕變性能。另外，還有加入鋰的鎂合金，這類合金具有較高的比強(qiáng)度。
( 1) 疏松 該缺陷易在內(nèi)澆口及熱節(jié)處出現(xiàn)，且壁厚不均勻的鑄件易形成多處熱節(jié)，這些分散的熱節(jié)如果沒有在凝固的過程中得到金屬液的補(bǔ)縮，就會(huì)在鑄件上形成疏松缺陷。因?yàn)殒V合金的結(jié)晶溫度間隔較寬，容易以糊狀凝固的方式結(jié)晶，所以存在明顯的樹枝狀結(jié)晶組織，難于得到補(bǔ)縮。而在內(nèi)澆口部位則由于長時(shí)間處于過熱狀態(tài)，溫度較高，導(dǎo)致產(chǎn)生疏松缺陷。防止這類缺陷要做好以下兩方面的工作： ①從工藝的角度合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，直澆道、橫澆道與內(nèi)澆道的截面積之比宜采取1∶3∶3 ，冒口的尺寸要按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，強(qiáng)化冒口的補(bǔ)縮作用，形成鑄件的順序凝固。②充分利用冷鐵的激冷效果，加強(qiáng)熱節(jié)處的補(bǔ)縮，且冷鐵一般是與冒口配合使用的。
( 2) 夾渣 鑄件在酸洗處理后有的表面或鑄件尖角處暴露出黑斑夾雜物，肉眼可見。黑斑被一個(gè)接近圓形的淺色區(qū)所包圍，此區(qū)以一個(gè)更黑的環(huán)為邊界。這種夾渣物一般認(rèn)為是熔劑造成的。鎂及鎂合金極易氧化，為防止鎂合金熔煉時(shí)的氧化燃燒，在熔煉過程中要加一定量的熔劑，使之不與空氣接觸，鑄件在澆注的過程中，澆注工具上的熔劑容易進(jìn)入到金屬液中，如舀取金屬液不當(dāng)，將熔劑帶入到金屬液中；由于澆注不慎，澆包上面浮著的熔劑進(jìn)入到型腔中；也有可能是澆注溫度較高，鎂合金液在型腔中與砂芯放出的氣體反應(yīng)燃燒產(chǎn)生的氧化夾渣。
防止的主要措施： ①使用帶節(jié)流管的茶壺式澆包要磕掉粘附著的熔劑，防止?jié)舶哇釄宓撞可倭康娜蹌踩胄颓唬瑥嫩釄逯幸ㄈ〗饘僖呵耙獡荛_液面的熔劑及氧化層。②控制澆注溫度，適當(dāng)增加砂芯中起保護(hù)劑作用的硫磺和硼砂酸的加入量。③如果在澆注的過程中發(fā)現(xiàn)坩堝液面有火焰冒出，應(yīng)撒上一層硫磺粉或熔劑，這些物質(zhì)的熔化及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)有一定的時(shí)間，所以要等2 ～3min 后方可舀取金屬液。整個(gè)操作過程要精心，操作要穩(wěn)當(dāng)，防止金屬液劇烈的攪動(dòng)。④精煉的過程中，熔劑要撒在翻騰的鎂液最高處，使整個(gè)液面均勻覆蓋一層熔劑，最后不再有白色液體從熔池下部翻上來，液面光亮為止。⑤由于熔劑與合金中的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生吸附效應(yīng)，生成大于合金密度的較大積聚物，沉入坩堝底部，達(dá)到凈化的效果。⑥ 精煉時(shí)間控制在5 ～8min即可。精煉完后，應(yīng)鎮(zhèn)靜10 ～15min，使夾雜物有足夠的時(shí)間沉入坩堝底部。⑦定期清除坩堝壁上的殘?jiān)?，過量的殘?jiān)e聚可產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，影響熔煉質(zhì)量。另外，為防止內(nèi)澆口處過熱，可在內(nèi)澆口處采用暗冒口，很有成效；而在不易清理冒口處做成易割冒口。
( 3) 裂紋 一般出現(xiàn)在鑄件厚壁和薄壁之間的過渡處。產(chǎn)生的原因是在凝固的過程中，薄壁先于壁厚處凝固，由于收縮受阻產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，特別是有砂芯時(shí)收縮更容易受到阻礙。一般防止產(chǎn)生裂紋的工藝措施是在薄壁處增加工藝余量或在厚壁處設(shè)置冷鐵。
( 4) 氣孔 鎂合金的密度約為1. 8g/ cm3 ，是鋁的1/ 3 ，因此金屬液充型的壓力相當(dāng)?shù)?。這雖有一定的優(yōu)點(diǎn)，但更主要的是缺點(diǎn)。為了讓型腔中的氣體自由排出到大氣中，型砂必須有良好的透氣性。這些氣體將沿阻力最小的途徑排出，如砂型透氣性低，則產(chǎn)生的氣體將會(huì)侵入液態(tài)或半液態(tài)的金屬中，從而產(chǎn)生氣孔缺陷。因此，為了提高透氣性，要求型砂要有一定的粒度，且應(yīng)在鑄型上扎排氣孔。鎂合金在鑄造生產(chǎn)中容易出現(xiàn)多種缺陷，要從原輔材料開始控制質(zhì)量，模具、設(shè)備、工序都應(yīng)有專門技術(shù)和檢驗(yàn)人員控制。
熔煉的過程中需要對鎂合金液進(jìn)行變質(zhì)處理，目的是細(xì)化晶粒，提高合金的力學(xué)性能。變質(zhì)劑能否使鎂合金的晶粒得到細(xì)化，取決于液相中質(zhì)點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)是否與鎂的晶體結(jié)構(gòu)相似，質(zhì)點(diǎn)的晶格常數(shù)是否與鎂的晶格常數(shù)相近。Zr 是一種滿足上述條件的變質(zhì)劑，可使鎂的晶粒得到細(xì)化，一般鎂合金內(nèi)Zr 的加入量為溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0. 7 % 。而增加Zr 的含量超過一定范圍并不能使鎂的晶粒更細(xì)化，反而出現(xiàn)大塊含Zr 相，對合金性能有影響。但是，如果鎂合金內(nèi)含有鋁，Zr 與Al 生成金屬間化合物ZrAl 6 ，這種化合物的表面結(jié)構(gòu)與鎂的晶體結(jié)構(gòu)不同，不能起到細(xì)化作用。因此含有鋁的鎂合金不用Zr 元素細(xì)化，如ZM—5 采用含碳變質(zhì)劑，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)在合金中產(chǎn)生Al 4C3 或Mg- Al- Mn-C 化合物成為結(jié)晶核心，達(dá)到細(xì)化的作用。變質(zhì)溫度一般選710 ～730 ℃效果較好。
