2.4　镁合金的挤压铸造技术

2.4.1　挤压铸造的基本概念及特点

挤压铸造是借助挤压铸造机上的压头把浇到型腔中的金属液挤压成形的一种铸造方法。挤压工艺是由俄罗斯人于100年前发明的。北美压铸协会（NADAC）认为挤压铸造是采用低的充型速度和最小的扰动使金属液在高压下凝固以获得可热处理的高致密度镁铸件的铸造工艺。挤压铸造的铸件内部气孔、缩孔等缺陷少，组织致密，晶粒细化，组织均匀；铸件有较高的尺寸精度，有较小的表面粗糙度；在压力下凝固，利于防止裂纹缺陷；另外，其工艺出品率高达90％以上，生产率高，工作环境好。但不宜制造复杂铸件。王华等利用金相显微镜、显微硬度计及拉伸试验机对不同压力挤压铸造Mg-Al-Ca合金的组织和性能进行了研究。结果表明，提高压力降低了挤压铸造合金中第二相的比例及其孔隙率。在30MPa以下，随着压力的提高，合金的伸长率、抗拉强度、显微硬度和屈服强度均逐渐提高，在高压下挤压铸造合金的韧性较佳。聂景江等采用砂型铸造和挤压铸造法制备了低稀土含量（低于4％）Mg-Nd-Gd-Zn-Zr镁合金，并对铸态、T6处理态镁合金的显微组织和力学性能进行研究。结果表明：砂型铸造镁合金晶粒粗大，力学性能较低；挤压铸造镁合金的晶粒细小、组织致密，并且气孔、疏松等缺陷较少，拉伸强度比砂型铸造镁合金要高12.9％；经T6处理后，挤压铸造镁合金的拉伸强度提高了27.5％。

挤压铸造是低速充型，在高压下凝固的铸造生产技术，分为直接挤压铸造和间接挤压铸造。直接挤压铸造的充型压力直接施加在金属液上，凝固快，铸件组织致密，缺点是需要配置精确的定量浇铸系统，适合生产形状简单的对称结构铸件；间接挤压铸造是通过浇道传递压力，在合金凝固过程中难以保持较高的压力，但由于不需要定量浇铸，所以目前镁合金生产多用间接挤压铸造法。

2.4.2　挤压铸造机的类型

挤压铸造机的核心部件是铸型。按照铸型的挤压方式不同，挤压铸造机可有柱塞加压式、直接加压式、间接加压式及旋转加压式四种类型。柱塞加压是用柱塞施加于合金液表面并保压，铸件的成形是在浇铸中实现的。直接加压是在挤压合型时成形压头使部分合金液向上运动填充型腔。间接加压是将部分合金液挤入闭合的型腔中。旋转加压是向半开的楔型型腔中浇铸合金液，转动铸型使其合拢，合金液被挤压上升而充满铸型。中国目前无专用挤压铸造机。

2.4.3　铸件的挤压位置

选择挤压位置时，应尽量将铸件受力大的位置以及容易产生缩松的位置靠近加压压头。铸件不重要的部位和铸件的加工余量部位应放在挤压前的自由凝固处或压头挤压冷隔处。如果铸件壁厚较均匀，可按同时凝固方式设计；如果铸件壁厚相差较大，可按顺序凝固方式设计。

2.4.4　挤压铸型的材料及工艺参数

镁合金挤压所用铸型材料见表2-64。镁合金挤压铸造的铸型温度一般为200～300℃，充型压力为50～150MPa，铸型涂料通常为石墨基，浇铸时的过热温度为30～140℃。据报道，当充型速度小于2m/s，充型压力大于70MPa时，即可获得可热处理的铸件。

表2-64　镁合金所用铸型材料

挤压铸造最重要的参数是合金本身的性能。合金的化学成分和物理性能直接影响浇铸温度、充型压力、铸型温度、合金与铸型的相容性，进而影响铸型的寿命。不同成分的合金具有不同的凝固温度范围和凝固特性，决定了合金的浇铸温度和充型压力的大小。要获得无气孔的挤压铸件，凝固温度区间较大的AZ91镁合金所需的充型压力要比凝固温度区间较小的AZ3 1大。

挤压铸件一般不留加工余量。只有在铸件表面要求很光洁或容易产生表面缺陷的部位留有加工余量，加工余量一般为0.5～2.0mm。铸件圆角的半径为2～10mm。排气槽的尺寸一般为：深0.05～0.10mm，宽5～20mm。溢液槽的间隙一般为0.5～2mm。