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AZ91D铸造镁合金的固溶处理与半固态等温处理后组织与性能变化的比较分析作者：马睿来源：《科技经济市场》2013年第09期摘要：会引起镁合金的过烧和变形，甚至晶界上析出的第二相因过烧变得很疏松使镁合金的显微硬度很低。
关键词：镁合金；固溶处理；半固态等温处理；组织演变；性能0 引言镁合金经过铸造加工后不进行固溶处理，而是直接进行人工时效，从而获得比较高的时效强化效果，另外为了消除铸件的残余应力及变形镁合金的冷作硬化也可进行退火处理，而且通过晶粒细化可以显著提高镁合金的强度和塑性。
在改良铸造镁合金性能的过程中，如何取舍固溶处理和人工时效是一个值得研究的问题。
[1][4][6]传统的压铸是镁合金液以高速的紊流和弥散状态填充压铸型腔，使型腔内的空气在高压下可能会溶解在压铸合金毛培件内，或者形成许多弥散分布在压铸件内的高压微气孔。
这些高压下溶解的气体和微气孔在高温下会析出和膨胀，从而导致铸件变形和表面鼓泡。
为了消除这种缺陷，须采用半固态金属成形技术提高压铸件的内在质量。
半固态成形技术充型平稳、无金属喷溅、节能安全、铸件孔隙率很低，其工艺过程简单，成本低廉。
[3]本文主要研究了半固态等温热处理过程中，等温热处理温度和保温时间等工艺对AZ91D 镁合金半固态组织演变和性能的影响，以和固溶处理与半固态等温处理对AZ91D铸造镁合金组织形态和性能的影响，以及二者之间比较分析和联系。
1 实验方法1.1 固溶处理工艺1.2 半固态等温处理工艺本文采用半固态等温热处理法对铸造镁合金中应用最广泛的AZ91D进行了处理，探讨半固态等温处理中组织演变的过程和机理；为后续镁合金半固态成形提供理想的非枝晶组织。
[11]所以，制定的半固态等温处理工艺为：（1）在520℃分别保温10min、40min、60min、90min；（2）在550℃分别保温10min、40min、60min、90min。
为防止镁合金在加热过程中产生氧化腐蚀，在加热容器中放适量的硫磺，使硫磺燃烧释放SO2，从而起到保护效果。
调研报告1.课题来源及意义镁是地壳中含量最丰富的元素之一，其丰度居第8位，约占地壳组成2.5％，主要以白云石(碳酸镁钙)、菱镁矿存在，此外，海水中含镁约0.13％，可谓取之不尽[1]。
镁合金密度小、比强度高、弹性模量大、减振、抗冲击性能好，成为21世纪材料体系中的重要组成部分，在航空、航天、汽车等众多领域得到广泛应用[2，3]。
然而镁合金仍暴露出力学性能偏低和耐蚀性能差等问题。
本次课题研究了半固态重熔工艺对镁合金组织与耐腐蚀性能的影响。
半固态等温热处理是20世纪90年代中期发展起来的一种半固态合金的制备方法，该方法将合金加热到固液两相区并保温以获得特殊的组织形态，是一种消除铸件中枝晶粗大的有效方法。
本课题的主要意义是通过加强镁的力学性能、耐蚀性的相关研究，积极探索增强镁合金强度、耐蚀性的途径，推动镁合金作为结构材料的应用。
2.镁合金的发展概况2.1国内外镁合金材料应用的现状（1）通讯电子行业镁合金在电子行业中的应用以3C产品(手机、笔记本电脑、数码相机) 为主导, 用镁合金制造的壳罩与传统塑胶壳罩相比, 具有如下优缺点。
优点: 1)强度、刚度高, 镁合金强度比塑胶的大4~ 5倍、刚度大20倍, 用作外壳, 可以做得更薄、更轻; 2)散热性好, 镁合金的散热性是塑胶的200倍~ 300倍, 比热也比塑胶的大, 不易过热; 3)镁合金导电性能佳, 有电磁屏蔽作用, 可防止电磁干扰和对人体的伤害, 不必另作导电处理。
缺点: 1)制造周期长, 镁合金制品制造工序冗长, 开模耗时长, 成型后还需二次加工和后续处理;2)生产成本高, 原料贵, 制造工序多, 产品的良品率低, 使镁合金制品成本偏高; 3)色彩变化少, 镁合金本身为银灰色, 只能用涂装印刷变色, 无法如塑料壳那样混色出多种色彩与纹路。
综上所述, 镁合金与塑胶各有所长, 但随着镁合金制件加工方式的改进, 镁合金具有越来越强的竞争力。
（2）汽车行业为减轻汽车重量以降低油耗, 以及“环保型汽车”对材料可回收性的要求, 镁合金在汽车工业中的应用日益广泛。
《热加工工艺》２００５年第１０期综述近年来镁合金作为一种新型绿色环保合金适应了汽车结构件和３Ｃ产品对环保方面的要求［１￣３］，使镁合金不但在航空航天而且在计算机、通讯设备、汽车上得到了广泛的应用。
镁合金产量在全球的年增长率高达２０％，显示出了极大的应用前景［４，５］，但与铝合金相比，镁合金产量只有铝合金产量的１％。
制约镁合金广泛应用的主要问题是，传统压铸成形工艺在熔炼和加工过程中，镁合金极易氧化燃烧，使得镁合金的生产难度较大，反映出镁合金成形技术的不完善，有待进一步发展。
２０世纪７０年代初期美国麻省理工学院的Ｆｌｅｍ－ｎｇｓ等发明了半固态金属成形技术［６，７］。
该技术是将金属或合金在固相线与液相线温度区间进行加工，其实是一种近净成形工艺。
半固态成形技术的出现为解决镁合金成形中的氧化燃烧等问题提供了条件。
他将传统压铸技术与塑料注射成形技术结合起来，因而无需熔化设备，并避免了镁合金熔化的危险性［８］，可用于传统压铸技术不能解决的镁合金的应用问题。
目前，镁合金半固态成形工艺主要分为：流变压铸、触变成形和注射成形。
然而在实际工业生产中主要采用第二种工艺即触变成形工艺。
该工艺是将半固态金属浆料冷却凝固成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后放入模具型腔中进行压铸成形。
此工艺中涉及到三个非常重要的环节：非枝晶坯料的制备、坯料的二次重熔加热、半固态触变成形。
如图１所示。
１非枝晶组织半固态浆料的制备制备具有非枝晶组织的优质坯料是半固态成形技术的基础和关键。
之所以这样讲是因为这种无枝晶组织的半固态浆料具有独特的流变学特性，即触变性和伪塑性［９，１０］。
具有这种组织的材料力学性能优异，因而它的制备方法也是倍受关注的。
根据原材料的状态不同，可将其制备方法分为液态法、固相法和其他方法［１１］。
液态法，像机械搅拌和电磁搅拌等都属于液态法范围。
主要是在外场的作用下对熔体进行处理，破碎出生的固相组织使其形成球状颗粒。
注射成形增强半固态AZ91D镁合金的组织及性能宇文江涛;赵雄;董璐;牛立斌;胡宇阳【期刊名称】《热加工工艺》【年(卷),期】2024(53)6【摘要】为了研究半固态注射成形技术对AZ91D镁合金显微组织、力学性能以及腐蚀行为的影响,通过对半固态注射成形镁合金进行热处理及电化学腐蚀分析,研究了镁合金成形件在注射成形中与热处理后的组织及性能变化。
结果表明,相对于压铸镁合金,半固态注射成形镁合金的组织均匀、力学性能优良、晶粒细小且平均晶粒尺寸为20~30μm,能获得质量良好的显微组织。
镁合金的热处理对晶界第二相的数量和分布有较大影响,能作用于材料性能。
经时效处理后,镁合金硬度从63.47 HV提高到74.05 HV,抗拉强度从125.56 MPa提高到150.91 MPa,抗拉强度提高了20.2%。
在质量分数为3.5%的NaCl溶液的电化学腐蚀中,合金的自腐蚀电位为-959.56 m V,经固溶+时效处理后,自腐蚀电位先升高到-927.55 m V后下降至-988.94 m V,耐腐蚀性能先增高后降低。
【总页数】6页(P122-127)【作者】宇文江涛;赵雄;董璐;牛立斌;胡宇阳【作者单位】中国船舶集团有限公司第七O五研究所;中国船舶集团有限公司第十二研究所;西安科技大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TG146.2【相关文献】1.半固态AZ91D镁合金触变注射成形过程数值模拟及参数优化2.等温热处理工艺对AZ91D镁合金半固态组织演变和成形性的影响3.AZ91D铸造镁合金的固溶处理与半固态等温处理后组织与性能变化的比较分析4.形变率对AZ91D镁合金半固态成形组织及流动性的影响5.多段半固态触变成形与半固态流变成形、半固态触变成形工艺对Mg-Y-Gd-Zn-Zr系合金的组织性能影响研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
镁合金微观组织和力学性能优化设计分析镁合金是一种重要的结构材料，具有很大的应用潜力。
然而，由于其低的塑性变形能力和较高的变形特性，镁合金在实际应用中存在着一些局限性。
因此，对镁合金的微观组织和力学性能进行优化设计分析是非常重要的。
镁合金的微观组织是影响其力学性能的重要因素之一。
常见的镁合金微观组织包括晶粒大小、相分布和相形貌等。
晶粒的细化可以提高合金的强度和塑性，并且有利于防止晶界腐蚀。
因此，一种常用的方法是通过增加合金中的细化相来细化晶粒。
例如，通过添加微量的稀土元素可以形成细小的稀土Mg基化合物，从而细化合金中的α-Mg相。
此外，合金的热处理也可以改善其微观组织。
通过适当的热处理工艺，可以获得均匀的细小晶粒和均一的相分布。
除了微观组织的优化，合金的力学性能也可以通过合金成分的设计进行优化。
常见的合金元素包括Al、Zn、Mn、Ca等。
这些合金元素可以通过与Mg形成亚稳定的化合物来提高合金的强度和塑性。
例如，Al的添加可以形成Mg17Al12相，提高合金的强度。
然而，过多的合金元素添加会导致合金的塑性下降。
因此，在合金成分的设计中，需要考虑合金元素的含量和相互作用，以达到合金强度和塑性的平衡。
在实际设计中，通过合金的热处理和成形工艺可以进一步优化镁合金的微观组织和力学性能。
热处理是指将合金加热到一定温度并保温一段时间，然后快速冷却以改变合金的微观组织。
常用的热处理方法包括固溶处理、时效处理和退火处理。
固溶处理可以使合金中的溶质原子溶解在基体中，从而提高合金的塑性。
时效处理可以通过形成亚稳定相来提高合金的强度。
退火处理则可以通过改善晶粒形态和晶界特性来提高合金的塑性。
成形工艺包括拔丝、挤压、铸造等，可以通过改变合金的形状和微观组织来提高合金的力学性能。
例如，通过拔丝可以使晶粒形状变细，并且有利于织构发展，从而改善合金的力学性能。
综上所述，优化镁合金的微观组织和力学性能是一项复杂的工作，需要综合考虑合金成分、热处理和成形工艺。
半固态触变注射成型镁合金组织性能分析半固态挤压注射成型（Semi-Solid Extrusion Injection Molding，简称SSEIM）是一种将半固态合金通过挤压注射成型机进行成型的先进工艺。
在SSEIM过程中，半固态合金的固相含量通常在50%到70%之间，具有较高的流动性和可塑性。
因此，半固态合金在成型过程中能够产生高度复杂的形状，并具有良好的工艺性能和机械性能。
半固态镁合金是一种重要的结构材料，具有低密度、高比强度和良好的热导性能等优点。
然而，由于其熔点低、氧化性强等特性，传统的成型方法难以实现半固态镁合金的高质量制造。
相比之下，SSEIM可以在较低的温度和压力下进行成型，减少了合金的氧化和变质的风险，并且可以实现快速冷却和高强度的组织性能。
在SSEIM过程中，半固态镁合金的组织性能受到多个因素的影响。
首先是合金的成分。
镁合金通常含有铝、锌、锰等合金元素，这些元素能够影响合金的晶体结构和固溶强化效果。
其次是合金的处理工艺。
SSEIM过程中，合金必须通过预热、保温和快速冷却等工艺步骤来控制合金的半固态状态。
这些工艺参数的选择和控制将直接影响合金的晶粒尺寸、形貌和分布。
最后是成型工艺。
SSEIM过程中，合金需要通过挤出和注射两个步骤来实现成型。
这两个步骤中的温度、压力和速度等参数将影响合金的流动性和成型质量。
半固态镁合金的组织性能主要可以通过金相显微镜观察来研究。
通过金相显微镜的断面观察，可以得到合金中晶粒的尺寸、形貌和分布等信息，进而分析合金的晶体结构和固溶强化效果。
此外，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的观察，还可以进一步研究合金的细微组织变化和相变情况。
同时，还可以通过显微硬度测试和拉伸测试等力学性能测试来评估合金的力学性能。
在半固态挤压注射成型镁合金的组织性能研究中，需要考虑到合金的成分、处理工艺和成型工艺等因素的综合影响，并结合金相显微镜观察和力学性能测试等手段来全面分析合金的组织性能。
摘要本课题主要针对应用最广泛的AZ91镁合金进行研究，采用半固态重熔加热工艺和金相组织观察的方法，考察铸态树枝晶与挤压后的球形晶两种重熔加热后的组织的变化，探讨用于获得半固态组织的较佳的初始状态，并对两种状态的AZ91镁合金进行浸泡腐蚀试验，研究影响镁合金腐蚀速率的因素，为镁合金的半固态成型奠定基础。
研究结果表明：通过对金相组织分析得出，铸态的试样在560℃开始出现球状晶，挤压态试样就550℃就出现了球状晶。
随保温时间延长或温度的升高，晶粒趋于圆整，由大到小，最后晶粒形态出现了异常，由原来独立球晶变为不规则的粗大球状晶；挤压变形对树枝晶转变成球状晶有促进作用；腐蚀试验结果表明：腐蚀速率随腐蚀时间延长逐渐减小，挤压态的试样耐蚀性低于铸态合金的试样。
这主要与β相的含量、形态、和分布有关。
当β相含量较少时，β相主要充当电偶的阴极;若β相分布不连续会加速α相的腐蚀过程。
关键字：AZ91镁合金半固态重熔加热耐腐蚀性ABSTRACTThe main subject of the study for the most widely used AZ91 magnesium alloy，with Semi-solid remelting heating process and microstructure observation,inspected changes in the organizations investigated cast dendrites and squeeze both spherical crystal remelting heated and explored better initial state for semi-solid structure.AZ91 magnesium alloy of two states for immersion corrosion was tested,studying factors affecting the corrosion rate of magnesium alloys,which laid the foundation for the semi-solid forming of magnesium alloy.The results showed that, spherical crystal was found in the cast of the specimen at 560 ℃while extruded samples at 550 ℃ by analysis of the microstructure.With the holding time or temperature increases, the grain tended rounded, descending,and the last grain morphology appeared abnormal, irregular coarse spherical crystal from the original independent Spherulite ;The organization from dendrite into spherical crystal was promoted by compressional deformation.The corrosion test results showed that: the corrosion rate gradually decreased with the etching time extending, while the specimen corrosion resistance of squeezed state was lower than the cast alloy specimens.This mainly depended on the content of the β phase, morphology and distribution.When β phase content was small, the β phase mainly acte d as a galvanic cathode;The β phase discontinuous distribution would accelerate the corrosion process of the α-phase.Key words: AZ91Magnesium alloy semi-solid remelting heating corrosion resistance目录第一章绪论 (1)1.1课题来源及意义 (1)1.2镁及其合金发展与应用 (1)1.3半固态加工的概念与发展 (3)1.3.1半固态加工的概念 (3)1.3.2半固态加工的发展 (3)1.4半固态金属浆料或坯料的制备 (5)1.4.1机械搅拌法 (5)1.4.2电磁搅拌法 (5)1.4.3应变诱发熔化激活法 (6)1.4.4半固态等温热处理法 (6)1.4.5注射成形 (6)1.5镁合金表面防腐处理 (6)1.6课题的主要内容 (10)第二章试验材料、设备及试验过程 (11)2.1试验材料 (11)2.2试验设备 (11)2.3试验过程 (14)2.3.1等温热处理试验 (14)2.3.2 金相试样制备 (14)2.3.3 金相显微组织观察 (16)2.3.4 镁合金的耐腐蚀性能实验 (16)第三章试验结果讨论与分析 (18)3.1铸态半固态等温处理显微组织 (18)3.2挤压态半固态等温处理显微组织 (21)3.3耐腐蚀性能分析 (25)第四章结论 (27)谢辞 (28)参考文献 (29)第一章绪论1.1课题来源及意义镁合金作为最轻的工程金属材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
注射成型(MgCoNiCuZn)O高熵陶瓷的微观组织与性能前言：(MgCoNiCuZn)O 高熵陶瓷又称熵稳定氧化物。
该材料的五种氧化物前驱体在晶体构型、阳离子配位数以及阳离子电负性方面不完全相同，其中：MgO-ZnO 和CuO-NiO 等二元系统并不能形成完全固溶体。
在该种材料中，氧原子占据一套面心立方晶格点阵，五种金属原子随机分布于面心立方结构的八面体间隙形成岩盐结构。
高构型熵和高熵效应由于会产生超大介电常数，优异的锂离子导电性、磁性能以及催化性能等功能特性，因而(MgCoNiCuZn)O 高熵陶瓷受到广大研究者青睐。
目前，该材料的制备工艺主要包括固相合成法、雾化喷雾热解法、火焰喷雾热解法、共沉淀法、低温燃烧合成法、闪烧合成法等。
在许多先进陶瓷成型方法中，注射成型技术由于具有可批量生产小尺寸、高精度、复杂形状零部件且成本低等优势而倍受关注。
该技术主要包括喂料制备、注射成型、脱脂以及烧结四个工艺过程。
喂料主要包含有机粘结剂和陶瓷粉末，有机粘结剂主要由润滑剂、骨架粘结剂以及表面活性剂三部分组成。
有机粘结剂可以充分保证喂料的流动性、成型性能，并能够在脱脂过程中从坯体中充分脱除出去。
注射成型技术已经成功应用于多种材料的合成制备，主要包括Al2O3、ZrO2、CaO、SiO2、MgAl2O4、SiC、AlN、Si3N4和ZrB2等。
高熵陶瓷构件具有优良力学性能和功能特性，但尚未有关于高熵陶瓷材料注射成型方面的研究。
因此，本研究以多主元的(MgCoNiCuZn)O 为研究对象，通过注射成型工艺制备高熵陶瓷。
1 实验以上海水田科技有限公司生产的MgO(纯度99.9%，粒径 2.5 μm)、CoO(纯度99.9%，粒径 1.0 μm)、NiO(纯度99.9%，粒径 1.0 μm)、CuO(纯度99.9%，粒径1.0 μm)和ZnO(纯度99.9%，粒径1.0 μm)为原料制备(MgCoNiCuZn)O 高熵陶瓷。
镁合金半固态压铸成形及其控制技术摘要：在众多的合金材料中，镁合金因其重量轻、延展性高、硬度性能良好等优势，被广泛应用在压铸材料中，本文主要分析镁合金半固态压铸成形的方式以及控制技术，希望能够为压铸行业发展提供意见参考。
关键词：镁合金；半固态压铸；成形；控制技术在压铸成形材料中，铝合金与镁合金的应用较为广泛，同铝合金相比较，镁合金的强度以及延展性要更高，在压铸成形的材料中，结构相对牢固可靠。
新的发展形势下，对于镁合金的需求越来越大，镁合金的应用范围不断扩大，甚至在航空航天以及通讯设备上得到了良好的应用。
为了更好地研究镁合金成形材料，本文便针对镁合金半固态压铸成形技术进行简单分析。
1镁合金半固态压铸成形所采用的方法通常情况下，有三种途径可以实现镁合金半固态压铸成形，即触变压铸、流变压铸以及处变注射三种方法，接下来将依次进行详细分析：1.1镁合金半固态的触变压铸方法该方法是通过对半固态镁合金锭进行二次加热，变为固液后，借助密闭的送料机将其传送给压铸机，再输送到压射料筒中。
整个的压铸工作是靠冲头动作来完成的。
在二次加热前，半固态镁合金锭固相率基本在 48%-58% 之间，粘稠度较高，然二次加热后，固液镁合金锭在处于压射状态下，会受到切变作用，降低粘稠度，这样一来便提高了流动性，有助于压射成形。
1.2镁合金的流变压铸方法有关研究表明，同液态镁合金相比较，半固态镁合金的成形技术更有助于镁合金零件的压铸成型，压铸件的质量也更高。
因此，镁合金的流变压铸方法便是将液态镁合金通过降温或者搅拌的方式，来将其转变为半固态浆料后，输送到压铸机进行压铸工艺。
由此可知，在镁合金的流变压铸工艺中，关键在于液态合金到半固态合金的转化，在实际的工作中，发现这一过程最难控制的，便是成形温度，所以该方法对于温度和设备有着较高的要求。
1.3镁合金触变注射法在压铸工艺不断发展进步的大环境下，美国一家企业，根据塑料注射成型原理，对镁合金压铸工艺深入研究，开发了新型镁合金触变成形机，该专利设备主要适用于小型压铸件或者已经成型的设备加工，随后在日本投入生产，同时在生产专利设备的基础上，有对其进行创新，研发出具有热流道成形技术的模具，适用于性能要求不高的镁合金构件生产，譬如手机、电脑外壳生产。
半固态触变注射成形技术在Mg合金铸造中的应用前言：近年来，随着对环保等方面要求的提高，镁合金以其质量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽和易回收等特点而从众多金属材料中脱颖而出，广泛应用于航空、航天、电子和汽车等行业。
特别是目前正在用于笔记本电脑和手机壳体的制造，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势，成为目前研究及应用的热点。
常用的镁合金成形方法主要有压铸、半固态铸造、挤压铸造等，其中压铸法是国内外广泛采用的镁合金成形方法。
但同压铸镁合金产品相比，半固态成形产品的铸造缺陷少，产品的力学性能及表面和内在质量高，此外还有节约能源、安全性好和近净成形性好等优点，因此镁合金的半固态成形受到了广泛的关注。
而镁合金半固态触变注射成形技术是目前半固态铸造技术的最新发展方向半固态浆料的内部特征是固液两相共存,在晶粒边界存在液态金属"半固态浆料主要有以下特点(1) 表观粘度半固态浆料组织特性的客观反映就是表观粘度"研究表明,半固态浆料的表观粘度与固相率密切,随着固相率的增加而增加"当浆料的固相率超过临界值时,粘度值迅速增加"(2)流变性半固态浆料的固相率为50%时,仍具有很好的流动性"这是因为金属液中的固相具有球状或类球状结构,导致半固态浆料的粘度降低"半固态浆料的流变性可分为稳态流变性和非稳态流变性"稳态流变性是指恒温恒剪切速率条件下的流变性,非稳态流变性是指连续冷却或者剪切速率变化条件下的流变性" (3) 触变性半固态金属的触变性是指表观粘度对剪切时间的依赖关系,反映了半固态浆料的依时行为"半固态浆料的表观粘度在一定的剪切速率下,随着时间的延长而逐步下降,具有可逆性"(4) 球状未熔固相颗粒半固态浆料中存在着一定分数的未熔球状或类球状固相颗粒,因此在凝固过程导致收缩减小,偏析减少"可以说正是因为球状未熔固相颗粒的存在,才使半固态浆料具有一系列的独特优点"流变成形是将金属液在从液相向固相的冷却过程中进行强烈搅拌，在一定的固相体积分数下通过压铸或是挤压的方式来成形（一步法）；触变成形则是将由搅动设备所制备的半固态铸锭重新加热至半固态进行压铸挤压成形（二步法）。
半固态触变压铸AZ91D镁合金组织与性能的研究的开题报告一、研究背景与意义随着轻量化技术的迅速发展，轻合金材料在汽车、航空航天、电子等领域得到了广泛应用。
其中，镁合金由于具有轻质、高强、耐腐蚀性好等优点，成为了轻量化领域的热门材料之一。
然而，固化过程中会出现缩孔、热裂等问题，对铸件的完整性和质量产生不利影响。
因此，在解决热处理时产生的问题方面，半固态铸造技术正在成为一种备受关注的技术。
半固态触变压铸技术具有高生产效率、低成本、铸造质量优异等优点，特别适用于生产轻质铸件。
二、研究内容及拟解决的问题本文将以AZ91D镁合金为研究对象，通过半固态触变压铸技术，控制材料的变形、温度等工艺参数，以期获得高强度、高塑性、低收缩率的铸件。
同时，本文还将研究半固态铸造过程中的组织演变规律、力学性能和断口形貌等问题，并进一步分析半固态触变压铸AZ91D镁合金的可行性和其未来的应用前景。
三、研究方法本文将采用实验方法，首先将AZ91D镁合金加热到固态和半固态状态，并通过触变压铸的方式制备铸件。
然后，分别进行金相、显微组织分析、力学性能测试和断口形貌分析，并将结果与常规铸造方式（如重力铸造、低压铸造等）进行对比分析。
最后，结合实验结果，探讨半固态触变压铸AZ91D镁合金的优缺点和未来的应用前景。
四、研究计划及预期成果本文的研究计划分为三个阶段。
第一阶段：通过材料选用和实验设计，确定半固态触变压铸工艺参数和试验方案。
第二阶段：采用实验与分析相结合的方法，研究半固态触变压铸AZ91D镁合金的组织演变规律和力学性能，并分析其断口形貌。
第三阶段：总结实验结果，探讨半固态触变压铸AZ91D镁合金的优缺点和应用前景。
预期成果为：对半固态触变压铸AZ91D镁合金进行深入探究，为轻量化材料的研究提供新的思路和方法，并为优化半固态铸造工艺提供理论和实验依据。
半固態射出成形技術第一節 觸變成形技術(一)背景觸變成形主要發展里程如所示。
Dow Chemical早在1977年開始就嘗試 將半固態的概念應用在鎂合金上，經過十餘年的研究，於1988年製作出300噸 雛型機。
1900年Dow Chemical 與另外五家公司聯合成立Thixomat公司，負責 技術的商品化及授權，以及應用技術的研發，1991年獲得觸變成形設備及製程 的美國專利，之後陸續取得26國專利。
目前Thixomat授權生產觸變成形機的 公司僅限於日本製鋼所(JSW)及加拿大Husky兩家，JSW的機型包括75、220、450、650、及850噸，1998年夏天已推出1600噸機器；Husky剛取得授權不久，初期 預定開發90、225、500、及900噸等機種。
1997年為止全世界用於實際生產之 機器約65台，估計1998年底可達100台。
現有客戶三十餘家，分佈在日本、 美國、加拿大、瑞典、德國、新加坡、韓國、台灣等地，其中九成以上的客戶 原本是從事塑膠射出成形。
另一方面，美國能源部自1997年3月起展開一個400萬美金，為期三年的 計畫，支持Thixomat與Alcoa、Husky以及美國三大汽車廠合作研究鋁合金的 觸變成形，目標產品包括汽車用厚肉(8~10mm)結構件及薄殼(<1mm)連結件，未來 可能進一步擴及金屬基複合材料(metal-matrix composites)的成形技術。
(二)技術簡介觸變成形是由塑膠射出成形衍生應用在金屬的成形製程，米粒大小的金屬 顆粒原料在氬氣保護的料斗進入料管，經螺桿旋轉磨擦及料管外加熱器提供 熱量，溫度逐漸升高至其固相線溫度(solid us temperature)以上，形成部分 熔融狀態，此時螺桿同時計量後退將半固態黏漿推擠到蓄料區，待蓄儲存的黏漿 達到所需的量後，螺桿停止轉動，高速射出系統驅動桿往前推送黏漿進入模穴。
待工件完全凝固後射出單元後退，螺桿進行下一循環的剪切輸送計量，夾模單元 則開模頂出，同時進行清除廢料及噴離型劑等動作。
半固态触变注射成型镁合金内容摘要:摘要：本文对半固态触变注射成型镁合金AZ91D 的组织与性能进行了分析，结果表明，该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品，从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础。
关键词：触变注射成型镁合金组织力学性能1 引言近年来，随着对绿色、环保等方面要求的提高，镁合金以其重量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽、易回收等特点从众多金属材料中脱颖而出，广泛的应用于航空、航天、电子和汽车等行业。
目前，镁合金应用的两大热点产业是电子业和汽车业。
另一方面，作为实际应用中最轻的结构金属，镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排放要求，从而生产出重量轻、耗油少、环保的新一代交通工具。
摘要：本文对半固态触变注射成型镁合金AZ91D 的组织与性能进行了分析，结果表明，该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品，从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础。
关键词：触变注射成型镁合金组织力学性能1 引言近年来，随着对绿色、环保等方面要求的提高，镁合金以其重量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽、易回收等特点从众多金属材料中脱颖而出，广泛的应用于航空、航天、电子和汽车等行业。
目前，镁合金应用的两大热点产业是电子业和汽车业。
一方面，用于“3C” (Computer、Communication、Con sumption Electronics Products)产品的壳体，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势；另一方面，作为实际应用中最轻的结构金属，镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排放要求，从而生产出重量轻、耗油少、环保的新一代交通工具。
国内外广泛采用的镁合金成形方法为压铸法。
压铸镁合金产品具有尺寸稳定性好、生产率高等优点，但也具有夹杂多、气孔多、成形后难热处理、尺寸近净成形差等不足。
镁合金成形技术简介与分析近年来对轻质材料的需求越来越大，镁合金作为结构材料由于具有比重小、比强度和比刚度高、导热和导电性好、切削加工性好、优良的阻尼性和电磁屏蔽性、易于加工成形和回收等优点，因此广泛应用于汽车、电子、通讯等行业，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
根据成形工艺的不同，镁合金材料主要分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。
前者主要通过铸造获得镁合金产品。
包括砂型铸造、永久型铸造、熔模铸造、消失模铸造、压铸等。
其中压铸是最成熟、应用最广的技术。
而后者则是通过变形生产尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品。
并且可以通过材料组织的控制和热处理工艺的应用，获得更高的强度、更好的延展性、更好的力学性能，从而满足更多结构件的需要。
另外，镁合金的半固态成形作为一种新型铸造技术也得到了广泛的研究与应用。
1铸造镁合金铸造是镁合金的主要成形方法，包括砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造和压铸等在内的多种铸造方法均可用于镁合金成形。
目前，90％以上的镁合金产品是压铸成形的。
1．1压铸压铸是镁合金最主要、应用最广泛的成形工艺。
镁合金有优良的压铸工艺性能：镁合金液粘度低，流动性好，易于充满复杂型腔。
用镁合金可以很容易地生产壁厚1.0mm～2.0mm的压铸件，现在最小壁厚可达0.6mm。
镁压铸件的铸造斜度为1.5，而铝合金是2～3度。
镁压铸件的尺寸精度比铝压铸件高50％。
镁合金的熔点和结晶潜热都低于铝合金，压铸过程中对模具冲蚀比铝合金小，且不易粘型，其模具寿命可比铝合金件长2~4倍。
镁合金件压铸周期比铝件短，因而生产效率可比铝合金提高25％。
镁合金铸件的加工性能优于铝合金铸件，镁合金件的切削速度可比铝合金件提高50％，加工耗能比铝合金件低50％。
生产经验表明由于生产效率高，热室压铸的镁合金小件的总成本低于冷室压铸的铝合金同样件。
压铸镁合金可按其成分分为四个系列：AZ(Mg-Al-Zn)系列(AZ91)、AM(Mg-Al-Mn)系列(AM60、AM50)、AS(Mg-Al-Si)系列(AS41、AS21)、AE(Mg-Al-RE)系列(AEA2)。
半固态触变注射成型镁
合金组织性能分析o c Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
半固态触变注射成型镁合金组织性能分析
摘要：本文对半固态触变注射成型镁合金AZ91D 的组织与性能进行了分析，结果表明，该成形法所生产的镁合金产品的组织及力学性能均优于压铸产品，从而为应用半固态触变注射成型法进行镁合金汽车零部件的生产奠定基础。
关键词：触变注射成型镁合金组织力学性能
1 引言
近年来，随着对绿色、环保等方面要求的提高，镁合金以其重量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽、易回收等特点从众多金属材料中脱颖而出，广泛的应用于航空、航天、电子和汽车等行业。
目前，镁合金应用的两大热点产业是电子业和汽车业。
一方面，用于“3C” (Computer、Communication、Consumption Electronics Pro ducts)产品的壳体，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势；另一方面，作为实际应用中最轻的结构金属，镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排放要求，从而生产出重量轻、耗油少、环保的新一代交通工具。
国内外广泛采用的镁合金成形方法为压铸法。
压铸镁合金产品具有尺寸稳定性好、生产率高等优点，但也具有夹杂多、气孔多、成形后难热处理、尺寸近净成形差等不足。
采用压铸法制造的零件很难满足诸如用于“ 3C”产品中所广泛使用的薄壁壳体类零件以及用于汽车工业中的高性能镁合金零部件的要求。
同压铸法相比，半固态方法制造的产品具有铸造缺陷少，产品的力学性能、尺寸精度、表面和内在质量高等优点，此外还有节约能源、安全性好、近净成形性好等优点。
目前世界上已经成功工业化的镁合金半固态成型技术是触变注射成型技术[1]。
长春华禹镁业有限公司是我国最早引进此项技术的厂家，本文利用该公司的触变注射成型机制备试样，对触变注射成型镁合金的组织及力学性能进行了分析，从而为公司下一步进行汽车用高性能镁合金的研究开发作适当的技术储备。
2 半固态触变注射成型技术的原理及工艺过程
半固态触变注射成型技术的原理
在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。
半固态成形是在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。
这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达～时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形[2～4]。
半固态触变注射成形法是近些年来开发的一种新工艺，源于美国DOW化学公司，美国TH IXOMAT公司将其商业化。
该工艺是将塑料的注塑成形原理与半固态金属成形工艺相结合，集半固态金属浆料的制备、输送、成形等过程于一体，该法较好地解决了半固态金属浆料的保存输送、成形控制困难等问题。
半固态触变注射成型技术的工艺过程
注射成形法主要工艺过程如下：被制成颗粒的镁合金原料（由枝晶镁合金铸锭制成，其组织仍为枝晶组织）从料斗中加入；在套筒中的镁合金原料通过电加热转变成半固体状态，在螺杆的剪切作用下，在套筒中半固体金属浆料形成了近乎于球形状的固体颗粒，在注射缸的作用下，以相当于塑料注塑机的十倍速率压射到模具内成形。
触变注射成形机的基本结构如图1-1 所示。
图1 触变注射成形机原理图
3 试验设备及方法
触变注射成形试样的制备
本论文采用日本制钢所的JLM-450MG 型触变注射成型机制备了标准力学性能试样，在不同制备条件下，考察了目前最广泛使用的镁合金AZ91D 组织与性能的变化以及耐腐蚀性能。
该成型机的外观如图2 所示，试样模具由日本制钢所提供，所制备的测试试样如图3 所示，成形过程中模具温度为180℃。
图3 中由左至右依次为标准冲击试样，标准蠕变试样，标准拉伸试样和硬度试样，在论文只采用标准拉伸试样进行试验，分别考察不同工艺条件下，半固态镁合金组织与性能的变化。
图2 JLM 450-MG 触变成型机图3 注射成型的半固态镁合金试样
快速腐蚀条件如下：腐蚀介质为%NaCl 或溶液；试验温度：室温（静态）或35±1℃；腐蚀时间：5 昼夜。
4 结果与讨论
半固态触变注射成型镁合金的组织分析
图4 中组织是取自不同工艺参数制备标准拉伸试棒的中部，其工艺参数的区别主要表现在料筒温度的差别，在图4 中由工艺(a)至工艺(d)料筒温度逐步升高。
图4 触变注射成型AZ91D 组织
由图4 可见，在不同工艺参数条件下，半固态镁合金组织的变化不大，主要差别表现在缺陷的数量和大小方面。
可见，料筒温度对半固态镁合金成型性具有决定性的影响，在料筒温度较低的条件下，半固态浆料的流变性不足，成型性能不足，提高料筒温度可以明显的提高半固态浆料的流变性能，但会明显降低固相率，在工艺d 的条件下，除晶粒细小外，其组织已经接近普通压铸合金组织。
因此，在实际产品制备中必须控制好料筒温度和组织这两方面的因素，才有可能获得高质量的产品。
图5 为半固态镁合金组织的扫描电镜照片。
由图5a 可见，半固态镁合金试棒的组织细小、均匀，图5b 为放大的晶界相，对晶界相的定点能谱分析表明，其晶界相的主要组成为Mg 和Al，并含有少量的Zn，其定点能谱分析结果如图6 所示。
对半固态镁合金进行线扫描的结果表明，Al 和Zn 主要分布在晶界上，在晶内分布较少，Mg 则主要分布在晶内，在晶界处Mg 含量明显减少，如图7 所示。
以上结果表明半固态触变注射成型镁合金的组织形态及分布基本与压铸组织相同。
(a) 半固态镁合金组织 (b) 半固态镁合金的晶界相
图5 半固态镁合金组织的扫描电镜照片
图6 半固态镁合金晶界相分析
图7 半固态镁合金线扫描结果
半固态触变注射成型AZ91D 的力学性能分析
触变注射成型AZ91D 的力学性能
图8 中示出了50 根试棒（图4 工艺d 条件下）中随机抽取5 根试棒的力-位移曲线、力-变形曲线以及力学性能的测量数据。
由此可见，半固态触变注射成形试棒已达到了很高的强度，其平均断裂强度可达到270MPa 以上，平均屈服强度可达150MPa 左右（由于镁合金试棒在拉伸过程中没有明显的屈服点，故而以σ 估算屈服强度）。
图8 半固态镁合金的力学性能[6]
盐水快速腐蚀对触变注射成型AZ91D 性能的影响
镁合金的抗腐蚀性能是衡量镁合金性能的一个重要指标，本文采用快速腐蚀试验考察了经快速腐蚀后触变成型镁合金试棒组织与性能的变化。
所采用试棒与前述力学性能试棒相同。
图9 示出了经5 昼夜快速腐蚀后AZ91D 镁合金试棒的力学性能。
可见，腐蚀后镁合金试棒力学性能明显下降，平均断裂强度下降到220MP 左右，屈服强度下降至120MPa 左右。
腐蚀试验结果表明，尽管半固态组织细小、致密，但是其抗腐蚀性能仍然相当
差，做为重要结构部件和装饰性壳体类零部件时，仍须采用适当的表面处理工艺，否则将无法满足使用要求。
图9 快速腐蚀后触变注射成型AZ91D 的力学性能[6]
5 结论
近年来，世界各国高度重视镁合金的研究与开发，将镁资源作为21 世纪的重要战略物资，加强了镁合金在汽车、计算机、通讯及航空航天领域的应用开发研究。
美、日、欧等发达国家目前已经投入大量人力和物力，实施多项大型联合研究发展计划，研究汽车用镁合金零部件，这些研究开发计划加快了国外应用镁合金零部件的步伐。
我国是一个摩托车生产、消费大国和出口大国，也是一个潜在的汽车生产和消费大国。
然而，目前我国的镁合金成型技术还相对落后，镁合金零部件的力学性能及耐腐蚀性能较低是制约汽车用镁合金零部件在我国应用的一个重要因素。
本论文通过对触变注射成型AZ91D 镁合金试棒的显微组织、力学性能分析和快速腐蚀试验，得出如下结论：应用触变注射成型技术可得到组织细小、致密，力学性能相对较高的镁合金部件。
其综合力学性能优于目前广泛采用的压铸镁合金部件。
但是应该看到，触变注射成型设备的高昂费用及所必须支付的专利许可费用，加之成型用原材料—
—镁粒的成本较高，整体投资比较大。
因而该技术尤其适用于那些具有较高要求和高附加值产品的加工。
