镁合金密度低，是实际应用中最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力，从而引起了许多国家的政府、企业和研究机构对镁合金及其成形技术的高度重视,投入了大量人力、财力进行开发研究,并取得了一定的效果。
01
镁的定义
镁是1828年被发现的银白色轻金属，无磁性。原子序数12，化学代号为Mg，电子结构为2-8-2，为六方最密堆积晶体结构。熔点（M.P）为650℃，沸点（B.P）为1107℃（2024.6°F）。为地壳第六丰富之金属元素，为海水中排名第三之金属元素，也为地表含量第三之常用金属元素。工业生产镁始于1886年的德国，1990年全世界生产235万公吨。最主要的用途为：铝合金元素添加，钢铁脱硫及除氧剂，以及制造镁合金。
02
镁的合金元素
最常见的合金元素为铝（Al）、锌（Zn）、锰（Mn）。合金的基本原理如下：
铝（A）：添加3-10%时其硬度与强度随添加比例增加。镁铸件含5～10%Al时对热处理有较佳之响应。
锰（M）：添加少量可改善腐蚀抗，对机械性质效应极少。
锌（Z）：最多达3%，可改善强度与盐水腐蚀。Mg-Zn-Zr合金可含6%的锌，以提供高强度与良好延展性。
稀土元素（RE）或钍（Th）：中高温强度需求时添加，合金中通常并含锌与锆，如EZ33A-T5，HK31A-T6。
银（Ag）：若高温强度需求时添加，同时可添加稀土元素（RE）、钍（Th）与锆（Zr），如QE22A-T6。
03
镁合金的分类
镁合金一般按照化学成分、成型工艺和是否含锆三种方式分类。大多数镁合金都含有多种合金元素，为突出最主要的合金元素，习惯上总是依据最主要合金元素，将镁合金划分为二元合金系：Mg-Mn、Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Ag和Mg-Li系。
按成型工艺，镁合金可分为两大类，即变形镁合金和铸造镁合金，变形镁合金和主要镁合金在成分、组织和性能上存在着巨大的差异。早期的变形镁合金由于要求其兼有良好的塑性变形能力和尽可能高的强度，对其组织的设计大多要求不含金属间化合物，其强度的提高主要依赖合金元素对镁合金的固溶强化和塑性变形引起的形变强化。
依据合金中是否含锆，镁合金又可分为含锆和不含锆两大类。Mg-Zr合金中一般都含有另一组元，最常见的合金系列是：Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-Th-Zr和Mg-Ag-Zr系列。不含锆的镁合金有：Mg-Zn、Mg-Mn和Mg-Al系列。应用最多的是不含锆压铸镁合金Mg-Al系列，含锆与不含锆的镁合金中均包含变形镁合金和铸造镁合金。
04
镁合金的特点
1.比强度、比刚度均很高，比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当而远远高于工程塑料；
2.弹性模具较低，当收到外力时，应力分布将更均匀，可以避免过高的应力集中，弹性范围内承受冲击载荷时，所吸收的能量比铝高50%左右，所以，镁合金适宜于制造受猛烈撞击的零件，此外，镁合金受到冲击或摩擦时，表面不会产生火花；
3.良好的减震性，在相同载荷下，减振性是铝的100倍，钛合金的300~500倍；
4.切削加工性能优良，其切削速度大大高于其他金属；
5.镁合金的铸造性优良，几乎所有的铸造工艺都可铸造成型。
05
镁合金的应用
镁合金在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。
航天：轻量化是航空航天构件材料的重要发展方向之一。镁合金是目前实际应用的最轻的金属结构材料。镁合金具有较高的抗振能力，在受冲击载荷时能吸收较大的能量，还有良好的吸热性能，因而是制造飞机轮毂的理想材料。镁合金也用于导弹和卫星上的一些部件。
汽车：近年对改善汽车燃油经济指标提出了更高的要求，而减轻汽车重量一直是实现这一目标的最有效手段。以轻质、可再循环和良好铸造性能为主要特点的镁合金，正是满足这一要求的理想结构材料。
笔记本电脑：银白色的镁铝合金外壳可使产品更豪华、美观，而且易于上色，可以通过表面处理工艺变成个性化的粉蓝色和粉红色，缺点：镁铝合金并不是很坚固耐磨，成本较高，比较昂贵。
数码相机：一般中高端及专业数码单反相机都采取镁合金做骨架，使其坚固耐用，手感好。
06
镁合金成型工艺
镁合金成形工艺主要可分为液态成形工艺和固态成形工艺。其中液态成形主要包括重力铸造、低压铸造、压铸、半固态铸造、挤压铸造等。固态成形又称塑性加工成形，包括挤压、锻造、轧制、冲压、拉深等。此外，还有一些新型成形技术，如快速凝固/粉末冶金、喷射沉积等。
（1）重力铸造：镁合金可以用不同的重力铸造方法生产，如砂型铸造、熔模铸造、金属模铸造、半金属模铸造、壳型铸造等。其中镁合金的砂型铸造经历了普通粘土砂、水玻璃砂、自硬树脂砂的发展阶段。采用自硬树脂砂造型制芯工艺，可以提高铸件的质量，简化工艺程序，有利于实现机械化自动化的生产和提高模具使用寿命，并减少有害气体，是大型复杂铸件走向精确化的方向。
（2）低压铸造：镁合金一般热容小、凝固区间大，容易产生裂纹、充填不均匀、偏析和组织粗大等铸造缺陷，且难以生产大型、薄壁或者结构复杂的铸件。利用低压铸造平稳的充型和顺序凝固特点可以生产出优质的镁合金铸件。
（3）压铸：镁合金熔点较低（ 纯镁约为650℃） ，凝固潜热小，凝固速度快，且合金液黏度低、流动性好，特别适于压铸生产。但常规压铸的零件无法进行热处理，不能通过时效强化。近几十年来发展起来的真空压铸、充氧压铸和半固态压铸则可解决该问题。
（4）半固态铸造：半固态成形是一种新型、先进的工艺方法，与传统的液态成形相比，具有成形温度低，模具寿命长，改善生产条件和环境，细化晶粒，减少气孔，疏松缩孔，提高组织致密性，提高铸件质量等优点。半固态触变注射成形最为成熟，具有工艺简单、自动化程度高等优点，已广泛应用于镁合金生产中。
（5）挤压：镁合金塑性较差，适合挤压成形，一般为温挤压和热挤压，挤压温度通常为300～ 450 ℃。镁合金挤压有以下优点：可细化晶粒、通过保留挤压纤维织构可提高强度、可获得优良的表面质量及良好的尺寸精度。目前，镁合金管材、棒材、型材、带材等产品主要采用挤压成形。但镁合金挤压也存在挤压速度慢、变形抗力大、挤压加工后由于形成织构而造成材料力学性能的各向异性等缺点。
（6）锻造：镁合金锻造一般有两种方式：自由锻和模锻。常用来锻造的镁合金有ZK 系列和AZ 系列镁合金。镁合金锻件的力学性能通常取决于锻造过程中所产生的应变硬化程度。锻造温度越低，其应变硬化效果越显着，然而温度过低时锻件容易开裂，过高时则氧化严重。在传统的锻造工艺上发展起来的一项新技术—精密锻造，可成形流线沿锻件几何外形分布的高精度、复杂形状锻件，同时能提高锻件的承载能力。
精密冲锻成形技术是将冲压成形与锻造成形相结合产生的新工艺，是适用于镁合金成形的很有发展前途的工艺。主要是将加热后的镁合金坯料在加热模具中进行冲压和锻造，采用普通机械式锻压机床即可，其技术关键在于成形模具与成形工艺设计，以及模具温度、变形率与变形速度等参数控制。与压铸和半固态成形工艺比较，该技术具有生产效率高、成品率高和成本低等优点。
（7）轧制：镁合金的带材及板材一般采用轧制成形的方法生产。轧制过程可以细化晶粒，改善镁合金组织，显着提高镁合金的力学性能。轧制温度是镁合金轧制过程中的关键参数。轧制温度过低时，高的应力集中可导致孪晶形核和切变断裂；轧制温度过高时，晶粒容易长大而使板材热脆倾向增大。
（8）镁板：差温拉深工艺镁合金室温塑性变形能力较差，镁合金板材在室温下冲压成形几乎是不可能的，即使是高温下等温冲压其成形性仍然较差。通过计算机程序控制，可对镁板不同部位根据其深冲时的变形程度进行差温加热，并精确控制动态压边力，综合利用镁合金在高温时的变形能力和低温时的加工硬化能力，从而实现在较低的成形温度下达到更高的极限拉深比。
本篇文章部分图片素材来源自网络
-END-
