镁合金挤压成形技术解析

镁合金的挤压工艺及设备与铝合金的大致相同，但由于镁合金材料自身的组织结构及性能特点，也有不同之处。受其塑性变形能力的限制，镁合金的挤压一般为温挤压和热挤压，也就是坯料和挤压套筒等需要加热。

挤压是金属坯料在三向压应力状态下变形，因此可充分发挥金属坯料的塑性，特别是对于塑性差的镁合金来说，挤压加工比轧制与锻造要容易得多，因此，挤压成为了镁合金塑性加工的重要方法。镁合金挤压主要有以下优点：可以细化晶粒，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以及良好的尺寸精度。目前，汽车、电子、运输、航空航天和国防工业等都需要大量的变形镁合金挤压产品。

镁合金的挤压加工也存在着一些缺点，主要表现为：挤压的速度慢、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。

1.挤压温度

镁合金的挤压温度一般在300～450℃。挤压温度的选择主要取决于合金的成分和制件的形状，挤压制件的形状越复杂则挤压温度越高。另外，镁合金塑性变形能力与温度密切相关，因此挤压温度也应随着挤压比的改变而进行调整。镁合金的挤压比一般为10∶1～100∶1，经过预挤压坯料的挤压比可以适当的增大。在挤压过程中，塑性变形功将转化为热能，从而使挤压温度升高，所以，挤压温度的制定，也应充分考虑变形热、摩擦热、系统散热等因素的影响。如果挤压温度过高，制件表面将产生热裂纹。挤压温度低时，则制件难以成形，生产效率低^[11]。

镁合金挤压加工时，模具、挤压套筒等也需预热，以防止坯料降温过快而产生裂纹。模具的预热温度一般比坯料低25℃左右，有利于补偿挤压过程中摩擦热、变形热造成的温升^[11]。

2.挤压速度

与铝合金相比，镁合金的挤压速度较慢，这直接影响了生产效率，提高了生产成本。挤压速度主要与合金成分及组织、预热温度、挤压比、制件形状和润滑条件等参数有关。最佳挤压速度的选择标准是：在保证产品质量的前提下，挤压速度越快越好。

不同的合金成分，挤压的速度不同。对于合金元素含量高的镁合金AZ80、ZK60等，挤压速度一般可控制在每秒钟几毫米，而合金元素含量低的合金M1和AZ31，挤压速度可达每秒钟几十毫米。

3.合金特性的影响

几乎所有的变形镁合金都可以进行挤压加工。一般镁合金挤压加工采用的坯料为连铸锭，铸锭表面还需进行剥皮处理，除去铸锭表面的氧化皮与铸造缺陷。镁合金坯料在挤压加工前要进行均匀化处理，以消除铸锭的成分偏析、组织非平衡、低熔点相和脆性相对材料塑性的不利影响。对于合金元素含量较低的AZ31、M1等，均匀化退火有利于消除成分偏析，提高材料的塑性，降低挤压抗力。对于含有低熔点相的镁合金AZ61、AZ80、AZ91和ZK60，均匀化处理就显得更为重要。均匀化处理的目的是使低熔点相溶解或减少到最小，防止挤压加工中形成热裂纹^[11]。

4.挤压工艺对镁合金显微组织的影响(www.xing528.com)

镁合金在挤压过程中的显微组织与挤压温度、挤压速率、挤压比、制品的形状等有关。王迎新[12]研究了挤压温度和挤压速度对AZ31和AM30两种合金管材的显微组织和力学性能的影响，研究结果表明：变形温度对镁合金再结晶晶粒平均尺寸有显著的影响。对于AZ31合金，在较低的应变速率下（0.21～0.36s^-1），挤压后的再结晶晶粒平均尺寸随着温度的升高而增大。当挤压温度从300℃升高到375℃时，再结晶晶粒平均尺寸从4.4μm增大到6.0μm。随着温度进一步升高到408℃，晶粒尺寸迅速增大到12.3μm。

应变速率对镁合金再结晶组织的影响比较复杂。在较低的应变速率下，挤压组织为均匀的等轴再结晶晶粒，并且应变速率的增加能够细化晶粒。但应变速率较高时，显微组织不均匀，出现局部流变，导致晶粒平均尺寸增大。

合金成分对挤压后的显微组织也有显著的影响。研究表明，AM30的协调变形能力要比AZ31强^[12]。在高速挤压条件下，AM30挤压管材的显微组织并未出现局部流变及剪切带，而且AM30合金的再结晶晶粒的稳定性高于AZ31，前者的再结晶晶粒尺寸小于后者。

5.变形镁合金挤压制品力学性能

变形镁合金挤压型材的典型室温力学性能见表8-11。

表8-11 变形镁合金挤压型材的典型室温力学性能

（续）

注：F—加工态；T5—人工时效。