【導(dǎo)讀】的崗位特點(diǎn)，工作任務(wù)等制定。其目的使學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，綜合應(yīng)用所。通過學(xué)生對(duì)所論設(shè)備的專門、深入、系統(tǒng)的研究，鞏固、擴(kuò)大、加。結(jié)合，提高職業(yè)素質(zhì)，為今后從事技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。強(qiáng)、闡述流暢、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、圖文并茂。說明書）的書寫及裝訂格式》要求完成。料的循環(huán)利用是實(shí)現(xiàn)環(huán)保的重要手段。鎂合金是最輕的工程金屬材料之一，和其他金屬。前景，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色金屬結(jié)構(gòu)材料。料，近年來的應(yīng)用日益廣泛。航天、電子和汽車等行業(yè)。目前，鎂合金應(yīng)用的兩大熱點(diǎn)產(chǎn)業(yè)是電子業(yè)和汽車業(yè)。產(chǎn)出重量輕、耗油少、環(huán)保的新一代交通工具。

　　

【正文】 5 25 半固態(tài)成形技術(shù)，是在金屬凝固過程中，將結(jié)晶過程控制在固 — 液兩相共存溫度，并通過劇烈攪拌破碎枝晶組織，從而獲得一種金屬母液中懸浮一定固相成分的固 — 液 ?昆合漿料，再采用壓鑄、模鍛等成形加工工藝進(jìn)行的金屬成形技術(shù)。半固態(tài)加工，是一種新型、先進(jìn)的工藝方法，與 傳統(tǒng)液態(tài)鑄造成形相比，具有成形溫度低 (鎂合金可降低100℃ 左右 )，延長(zhǎng)模具的壽命，改善生產(chǎn)條件和環(huán)境，細(xì)化晶粒，減少氣孔、縮孔，提高組織致密性，提高鑄件質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是 21 世紀(jì)最具有發(fā)展前景的精密成形技術(shù)之一。根據(jù)工藝流程的不同，半固態(tài)成形通常分為流變鑄造 (Rheocasting)和觸變鑄造 (Thixocasting)兩類：流變鑄造是對(duì)冷卻過程中的金屬液進(jìn)行攪動(dòng)，將形成的固相枝晶破碎，形成一定固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)金屬漿料，然后將漿料注入壓鑄機(jī)或擠壓機(jī)內(nèi)成形(俗稱 “ 一步法 ”) ；而觸變鑄造是先由連鑄等方法制得具 有半固態(tài)金屬組織的錠坯，然后切成所需長(zhǎng)度，用二次加熱裝置再加熱到半固態(tài)狀態(tài)，最后移送至壓鑄機(jī)等再壓鑄或擠壓成形 (俗稱 “ 兩步法 ”) 。 半固態(tài)成形過程一般包括非枝晶組織的制備、二次加熱和半固態(tài)成形 3 個(gè)步驟。制備非枝晶組織的坯料是半固態(tài)成形的前提，機(jī)械攪拌法是最早采用的方法，其設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，但工藝參數(shù)不易控制，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。目前工業(yè)化生產(chǎn)中，應(yīng)用最為廣泛的方法有：電磁攪拌法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法 (SIMA)和半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸?(SSIT)以及化學(xué)晶粒細(xì)化法等。 電磁攪拌法 利用電磁 感應(yīng)在凝固的金屬液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在外加磁場(chǎng)的作用下促使金屬固液漿料激烈地?cái)噭?dòng)，使傳統(tǒng)的枝晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵ЫM織。一般用于生產(chǎn)直徑不大于 150 mm 的棒坯。該方法在很大程度上克服了機(jī)械攪拌的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)連鑄，生產(chǎn)效率高，是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。 應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法 (SIMA) 預(yù)先連續(xù)鑄造出晶粒細(xì)小的合金錠，再將合金鑄錠進(jìn)行足夠的預(yù)變形，然后加熱到半固態(tài)。在加熱過程中，先發(fā)生預(yù)變形，然后部分熔化，使初生相轉(zhuǎn)變成顆粒狀，形成半固態(tài)合金材料。此方法對(duì)制備較高熔點(diǎn)的 非枝晶組織合金具有獨(dú)特的優(yōu)越性，但只能制備直徑小于 60mm 的坯料。 半固態(tài)等溫?zé)崽幚矸? 在合金熔融狀態(tài)時(shí)加人變質(zhì)元素，進(jìn)行常規(guī)鑄造，然后把錠坯重新加熱到固液兩相區(qū)進(jìn)行保溫處理 (半固態(tài)等溫?zé)崽幚?)，最終獲得具有觸變性的非枝晶組織。主要工藝參數(shù)有添加微量元素的種類、加入量、半固態(tài)等溫溫度和保溫時(shí)間等。 化學(xué)晶粒細(xì)化法 是近幾年開發(fā)的新方法。通過添加晶粒細(xì)化劑或變質(zhì)劑，增加外來晶粒數(shù)量或改變結(jié)晶方式來細(xì)化晶粒組織，使生產(chǎn)的錠坯適合于半固態(tài)鑄造。據(jù)報(bào)道，挪威 NorskHydro公司已經(jīng)通過化學(xué)晶粒細(xì)化法與特殊的凝固條件結(jié)合制備了鎂合金 AZ91 的細(xì)晶粒鑄錠。 半固態(tài)觸變成形之前，先要進(jìn)行局部重熔 (二次加熱 )。應(yīng)根據(jù)加工零件大小精確分割具有非枝晶組織的坯料，然后將其加熱到半固態(tài)溫度后再進(jìn)行成形加工。其目的一是為了獲得不同工藝所需的固相體積分?jǐn)?shù)，二是將有些工藝 (電磁攪拌，化學(xué)晶粒細(xì)化法等 )獲得的細(xì)小枝晶碎片逐漸長(zhǎng)大，并轉(zhuǎn)化成球狀結(jié)構(gòu)，從而為觸變成形創(chuàng)造有利條件。 流變成形與觸變成形技術(shù)的區(qū)別在于前者是由液態(tài)在冷卻過程中形成半固態(tài)狀態(tài)，再成形的過程；后者則是有固態(tài)加熱至半固態(tài)狀 態(tài)，然后進(jìn)入成形工藝的過程。與流變鑄造相比，觸變鑄造易實(shí)現(xiàn)坯料的加熱和輸送自動(dòng)化，是目前半固態(tài)鑄造的主要工藝方法。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)說明書） 26 但是，無論是流變成形還是觸變成形，工藝流程較長(zhǎng)，鑄件工藝成本相對(duì)較高。 其它成形方法 鎂合金材料的其他制備方法還有擠壓鑄造法，粉末冶金法，噴射沉積法，真空浸漬法以及目前僅用于 Mg— Li 基復(fù)合材料的薄膜冶金法等。 存在的問題及前景展望 近年來，鎂合金應(yīng)用逐年提高，但一些尚待解決的問題使得鎂合金的廣泛生產(chǎn)受到限制。表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：鎂的化學(xué)活性很強(qiáng)，在空氣中 易氧化，在高溫情況下可以發(fā)生燃燒，因此熔煉過程中須采用復(fù)雜的保護(hù)措施。工業(yè)中主要采用熔劑保護(hù)法和氣體保護(hù)法。熔劑保護(hù)法最大缺點(diǎn)是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的有害氣體嚴(yán)重污染環(huán)境并損害人體健康；而氣體保護(hù)法中經(jīng)常采用且具有良好保護(hù)效果的 SP6 氣體，但其溫室效應(yīng)是 CO：的 24 900 倍 12” ；鎂常溫下成形性差，目前工業(yè)上應(yīng)用的多為鎂合金壓鑄件，限制了其它成形方法的運(yùn)用；鎂合金沒有像鋁合金那樣大規(guī)模使用的另一個(gè)原因是其耐蝕性差，采用表面防護(hù)又增加了其生產(chǎn)成本。 鑒于以上問題，鎂合金研究集中在以下幾個(gè)方面：無污染熔煉 技術(shù)。研究表明，鎂合金合金化阻燃具有很好的效果；開發(fā)和改善鎂合金的成形工藝；進(jìn)一步研究鎂合金的表面處理技術(shù)，改善其外觀和耐蝕性以及高強(qiáng)韌鎂合金和耐熱鎂合金的研究。 總之，鎂合金作為一種新型的工程材料，滿足了人們對(duì)能源和環(huán)境保護(hù)的要求，正受到世界各國(guó)政府和研究機(jī)構(gòu)的高度重視。我國(guó)也將 “ 鎂合金開發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化 ” 作為科技部 “ 十五 ” 國(guó)家科技攻關(guān)重大項(xiàng)目之一。鎂合金的研制、開發(fā)和應(yīng)用符合我國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，可以充分發(fā)揮我國(guó)的鎂資源優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)鎂合金應(yīng)用開發(fā)，將鎂資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，相信隨著科學(xué)技 術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，鎂合金各種性能將會(huì)得到進(jìn)一步完善，它也必將為人類社會(huì)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。 90 年代以來，在世界范圍內(nèi)，鎂作為一種迅速崛起的工程金屬材料，每年以 15％的速率保持快速增長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁、銅、鋅、鎳以及鋼鐵，這在近代工程金屬材料的應(yīng)用中是前所未有的。以鎂合金壓鑄件為例，根據(jù)國(guó)際鎂協(xié)會(huì) (International Magnesium Association)和 HydroMagnesium 的估計(jì)， 1991 年，在全球鎂合金壓鑄件中，鎂的應(yīng)用已達(dá)到 24000t。此后每年以 15％ — 20％的速率穩(wěn)步增長(zhǎng)，及 至 1997 年，已達(dá) 64 000t。2020 年突破 100 000t 大關(guān)。到 2020 年，可能增加到 240000t 規(guī)模，其中 80％是汽車工業(yè)的應(yīng)用。 未來的發(fā)展方向 節(jié)能環(huán)保推動(dòng)鎂合金應(yīng)用空間更趨廣闊 鎂鋁合金的應(yīng)用及其成型工藝研究 27 27 進(jìn)入 21 世紀(jì)，資源和環(huán)境已成為人類可持續(xù)發(fā)展的首要問題。隨著金屬材料消耗量的急劇上升和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展、大規(guī)模生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)和廣泛使用，使地球表殼的資源日趨貧化。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，有些金屬（如銅、鉛、鋅）只能持續(xù)幾十年，有些（如鋁、鐵）也只能夠使用一百年到三百年。我國(guó)是貧銅的國(guó)家，鐵的儲(chǔ)藏量也不 是很豐富，鋁礦的品質(zhì)不高，因此從蘊(yùn)藏和品質(zhì)上講，上面幾種金屬元素在我國(guó)都不占優(yōu)勢(shì)；而鎂作為一種輕質(zhì)工程材料，其潛力尚未充分挖掘出來，開發(fā)利用還遠(yuǎn)不如鋼鐵、銅鋁等成熟。在很多傳統(tǒng)金屬礦產(chǎn)趨于枯竭的今天，加速開發(fā)鎂金屬材料是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。 由于汽車和 3C行業(yè)對(duì)產(chǎn)品輕量化的要求，鎂合金的應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展， 2020 年全球鎂合金市場(chǎng)的需求在 30萬噸左右。近二十年來，全球鎂合金市場(chǎng)的需求年復(fù)合增長(zhǎng)率在 10%以上，歐美鎂合金市場(chǎng)的需求年復(fù)合增長(zhǎng)率在 15%以上。 由于中國(guó)具有礦產(chǎn)資源優(yōu)勢(shì) (,%,吧 )、原鎂價(jià)格便宜優(yōu)勢(shì)、鎂合金就近供應(yīng)優(yōu)勢(shì)以及鎂合金應(yīng)用領(lǐng)域的逐步成熟，近年來中國(guó)鎂合金行業(yè)得到了快速發(fā)展，無論是產(chǎn)量還是出口量均位居全球第一位。鎂合金行業(yè)正處于快速增長(zhǎng)期的初級(jí)階段。鎂合金行業(yè)的快速發(fā)展，具體來講，主要有以下幾個(gè)原因： 以汽車、 3C為代表的民用產(chǎn)品領(lǐng)域依然處于明顯的增長(zhǎng)期，其總量和結(jié)構(gòu)的變化加大了對(duì)鎂合金的需求。 汽車行業(yè)汽車行業(yè)是鎂合金應(yīng)用量最大、增長(zhǎng)速度最快的領(lǐng)域，全球主要汽車生產(chǎn)企業(yè)，如豐田、通用、奔馳、寶馬、本田等均在大力研 發(fā)鎂合金汽車部件。 根據(jù)國(guó)際汽車制造商協(xié)會(huì)的研究，目前每輛汽車平均使用鎂合金約 公斤，預(yù)計(jì)到 2020 年每輛汽車使用量將達(dá)到約 10 公斤， 2020 年達(dá)到 68 公斤。 以 2020 年世界汽車產(chǎn)量 6000 萬輛計(jì)算，到 2020 年汽車行業(yè)用鎂量將會(huì)達(dá)到 60 萬噸， 2020 年將會(huì)達(dá)到 500 萬噸。 汽車生產(chǎn)商增加鎂合金部件使用比例，部分替代鋼鐵、鋁合金和塑料等材料，主要是基于以下原因： 利用鎂合金替代鋼鐵、鋁合金實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化，提高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少汽車尾氣排放。汽車使用燃料的 60%消耗在汽車自重上，據(jù)測(cè)算，如果汽車減重 10%，其燃油消耗可降低 68%，排氣量也隨之大幅降低。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)說明書） 28 鎂合金替代塑料，更容易回收，滿足環(huán)保和循環(huán)利用的要求。鎂合金與塑料不同，鎂合金在再生利用的同時(shí)不降低機(jī)械性能，而塑料很難在不降低機(jī)械性能的前提下再生使用。同時(shí)塑料回收率只有 50%，而鎂合金可以實(shí)現(xiàn) 100%的回收利用。 3C 行業(yè)鎂合金與傳統(tǒng) 3C產(chǎn)品使用的外殼材料相比具有輕量化、剛性高、減振性好、無磁、散熱、可回收等優(yōu)點(diǎn)。特別是應(yīng)用在 3C 產(chǎn)品外殼上，其外觀及觸摸質(zhì)感好，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)和消費(fèi)的流行 趨勢(shì)。 3C 產(chǎn)品中使用鎂合金最早的是筆記本電腦， 2020 年全球筆記本電腦采用鎂合金機(jī)殼的比例達(dá)到 30%，約 2200 萬臺(tái)。鎂合金在手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)上的使用也在快速增長(zhǎng)，2020 年采用鎂合金機(jī)殼的手機(jī)比例達(dá)到 16%，約 6000 萬部，采用鎂合金機(jī)殼的數(shù)碼相機(jī)約 500 萬臺(tái)。 未來經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，將給以消耗資源為代價(jià)，承受巨大環(huán)境壓力的傳統(tǒng)制造行業(yè)提出更高的要求。因此，減少環(huán)境污染以及節(jié)約地球有限資源是當(dāng)今人們所面臨的一個(gè)十分重要而緊迫的問題。特別是近年來，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)提出了關(guān)于環(huán)境管理的 ISO14000 系列標(biāo)準(zhǔn)后，推動(dòng)著綠色制造的研究和應(yīng)用更加活躍。一個(gè)綠色設(shè)計(jì)和綠色制造研究與開發(fā)的強(qiáng)大綠色浪潮正在全球興起。 由于鎂合金密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、兼有良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能；同時(shí)易于加工成型、廢料容易回收；作為電子裝置，如移動(dòng)通信、手提計(jì)算機(jī)等的殼體結(jié)構(gòu)件，可以代替塑料以滿足產(chǎn)品的輕、薄、小型化，高集成度等要求。因此，鎂和鎂合金成為現(xiàn)代汽車、電子、通信等行業(yè)的首選材料，被人譽(yù)為 “21 世紀(jì)的綠色工程材料 ” 。 鎂合金成為 21世紀(jì)最令人矚目的綠色環(huán)保工程金屬材料，是人類文 明社會(huì)發(fā)展的必然要求，有著深刻的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)背景。 鎂鋁合金的應(yīng)用及其成型工藝研究 29 29 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王渠東，丁文江 .鎂合金及其成形技術(shù)的國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)與發(fā)展 .世界科技研究與發(fā)展，2020，（ 6）： 39－ 45 [2] ,Research for a “new age of magnesium” in automotive industry. Journal of Materials Processing Technology 117 (2020) :276– 281. [3] E. Doege, K. Droder, Sheet metal forming of magnesium wrought alloysformability and process technology, Journal of Materials Processing Technology 115 (2020): 14– 19. [4] 尹德良 ,張凱鋒 ,吳德忠 .AZ31 鎂合金非等溫拉深性能的研究 .材料科學(xué)與工藝，2020，（ 1）： 87－ 90 [5] 閻其風(fēng) .模具設(shè)計(jì)與制造 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1998 [6] 張青來 ,盧晨 ,丁文江 .鎂合金盒形件溫拉深起皺原因分析及措施 .金屬成形工藝，2020，（ 1）： 1－ 3， 10 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論 文（設(shè)計(jì)說明書） 30 致 謝 經(jīng)過兩個(gè)多月的努力，這次畢業(yè)論文已到最后的階段。以自己現(xiàn)在的水平，由于對(duì)知識(shí)理解的還不夠透徹，對(duì)經(jīng)驗(yàn)的缺乏論文中難免有很多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助，這個(gè)畢業(yè)論文也不會(huì)順利的完成。 首先，我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師劉老師，剛拿到這個(gè)畢業(yè)論文題目 時(shí)，由于和自身專業(yè)知識(shí)有所偏差，初步著手做的時(shí)候感覺很困惑，在劉老師的熱心指導(dǎo)下一步一步解決了很多難題。在畢業(yè)論文完成期間，劉老師一直給我們指引，提供資源搜索途徑，以及畢業(yè)論文的各個(gè)注意事項(xiàng)。最終順利完成此次畢業(yè)論文，在此非常感謝您劉老師！ 感謝參與我畢業(yè)論文答辯的各位老師，感謝你們不厭其煩的為我提出了許多寶貴的意見，沒有你們我的這次畢業(yè)論文就不能順利完成，這次畢業(yè)論文的編寫過程讓我學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)和方法，對(duì)我有很重要的意義！