【導讀】的崗位特點，工作任務等制定。其目的使學生結合生產實際，綜合應用所。通過學生對所論設備的專門、深入、系統的研究，鞏固、擴大、加。結合，提高職業(yè)素質，為今后從事技術工作奠定基礎。強、闡述流暢、結構嚴謹、圖文并茂。說明書）的書寫及裝訂格式》要求完成。料的循環(huán)利用是實現環(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，被譽為21世紀綠色金屬結構材料。料，近年來的應用日益廣泛。航天、電子和汽車等行業(yè)。目前，鎂合金應用的兩大熱點產業(yè)是電子業(yè)和汽車業(yè)。產出重量輕、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，是在金屬凝固過程中，將結晶過程控制在固 — 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行的金屬成形技術。半固態(tài)加工，是一種新型、先進的工藝方法，與 傳統液態(tài)鑄造成形相比，具有成形溫度低 (鎂合金可降低100℃ 左右 )，延長模具的壽命，改善生產條件和環(huán)境，細化晶粒，減少氣孔、縮孔，提高組織致密性，提高鑄件質量等優(yōu)點，被認為是 21 世紀最具有發(fā)展前景的精密成形技術之一。根據工藝流程的不同，半固態(tài)成形通常分為流變鑄造 (Rheocasting)和觸變鑄造 (Thixocasting)兩類：流變鑄造是對冷卻過程中的金屬液進行攪動，將形成的固相枝晶破碎，形成一定固相分數的半固態(tài)金屬漿料，然后將漿料注入壓鑄機或擠壓機內成形(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 個步驟。制備非枝晶組織的坯料是半固態(tài)成形的前提，機械攪拌法是最早采用的方法，其設備構造簡單，但工藝參數不易控制，很難保證產品質量的一致性。目前工業(yè)化生產中，應用最為廣泛的方法有：電磁攪拌法、應變誘發(fā)熔化激活法 (SIMA)和半固態(tài)等溫熱處理法 (SSIT)以及化學晶粒細化法等。 電磁攪拌法 利用電磁 感應在凝固的金屬液中產生感應電流，感應電流在外加磁場的作用下促使金屬固液漿料激烈地攪動，使傳統的枝晶組織轉變?yōu)榉侵ЫM織。一般用于生產直徑不大于 150 mm 的棒坯。該方法在很大程度上克服了機械攪拌的缺點，可實現連鑄，生產效率高，是目前工業(yè)化生產中應用最為廣泛的一種方法。 應變誘發(fā)熔化激活法 (SIMA) 預先連續(xù)鑄造出晶粒細小的合金錠，再將合金鑄錠進行足夠的預變形，然后加熱到半固態(tài)。在加熱過程中，先發(fā)生預變形，然后部分熔化，使初生相轉變成顆粒狀，形成半固態(tài)合金材料。此方法對制備較高熔點的 非枝晶組織合金具有獨特的優(yōu)越性，但只能制備直徑小于 60mm 的坯料。 半固態(tài)等溫熱處理法 在合金熔融狀態(tài)時加人變質元素，進行常規(guī)鑄造，然后把錠坯重新加熱到固液兩相區(qū)進行保溫處理 (半固態(tài)等溫熱處理 )，最終獲得具有觸變性的非枝晶組織。主要工藝參數有添加微量元素的種類、加入量、半固態(tài)等溫溫度和保溫時間等。 化學晶粒細化法 是近幾年開發(fā)的新方法。通過添加晶粒細化劑或變質劑，增加外來晶粒數量或改變結晶方式來細化晶粒組織，使生產的錠坯適合于半固態(tài)鑄造。據報道，挪威 NorskHydro公司已經通過化學晶粒細化法與特殊的凝固條件結合制備了鎂合金 AZ91 的細晶粒鑄錠。 半固態(tài)觸變成形之前，先要進行局部重熔 (二次加熱 )。應根據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數，二是將有些工藝 (電磁攪拌，化學晶粒細化法等 )獲得的細小枝晶碎片逐漸長大，并轉化成球狀結構，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)，然后進入成形工藝的過程。與流變鑄造相比，觸變鑄造易實現坯料的加熱和輸送自動化，是目前半固態(tài)鑄造的主要工藝方法。陜西科技大學畢業(yè)論 文（設計說明書） 26 但是，無論是流變成形還是觸變成形，工藝流程較長，鑄件工藝成本相對較高。 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受到限制。表現在以下幾個方面：鎂的化學活性很強，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雜的保護措施。工業(yè)中主要采用熔劑保護法和氣體保護法。熔劑保護法最大缺點是反應過程中產生的有害氣體嚴重污染環(huán)境并損害人體健康；而氣體保護法中經常采用且具有良好保護效果的 SP6 氣體，但其溫室效應是 CO：的 24 900 倍 12” ；鎂常溫下成形性差，目前工業(yè)上應用的多為鎂合金壓鑄件，限制了其它成形方法的運用；鎂合金沒有像鋁合金那樣大規(guī)模使用的另一個原因是其耐蝕性差，采用表面防護又增加了其生產成本。 鑒于以上問題，鎂合金研究集中在以下幾個方面：無污染熔煉 技術。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；進一步研究鎂合金的表面處理技術，改善其外觀和耐蝕性以及高強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，滿足了人們對能源和環(huán)境保護的要求，正受到世界各國政府和研究機構的高度重視。我國也將 “ 鎂合金開發(fā)應用及產業(yè)化 ” 作為科技部 “ 十五 ” 國家科技攻關重大項目之一。鎂合金的研制、開發(fā)和應用符合我國的產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，可以充分發(fā)揮我國的鎂資源優(yōu)勢，加強鎂合金應用開發(fā)，將鎂資源優(yōu)勢轉化為經濟優(yōu)勢，促進國民經濟發(fā)展，相信隨著科學技 術的進一步發(fā)展，鎂合金各種性能將會得到進一步完善，它也必將為人類社會的發(fā)展做出更大的貢獻。 90 年代以來，在世界范圍內，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，遠遠高于鋁、銅、鋅、鎳以及鋼鐵，這在近代工程金屬材料的應用中是前所未有的。以鎂合金壓鑄件為例，根據國際鎂協會 (International Magnesium Association)和 HydroMagnesium 的估計， 1991 年，在全球鎂合金壓鑄件中，鎂的應用已達到 24000t。此后每年以 15％ — 20％的速率穩(wěn)步增長，及 至 1997 年，已達 64 000t。2020 年突破 100 000t 大關。到 2020 年，可能增加到 240000t 規(guī)模，其中 80％是汽車工業(yè)的應用。 未來的發(fā)展方向 節(jié)能環(huán)保推動鎂合金應用空間更趨廣闊 鎂鋁合金的應用及其成型工藝研究 27 27 進入 21 世紀，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技術的飛速發(fā)展、大規(guī)模生產工藝的出現和廣泛使用，使地球表殼的資源日趨貧化。據有關專家預測，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。我國是貧銅的國家，鐵的儲藏量也不 是很豐富，鋁礦的品質不高，因此從蘊藏和品質上講，上面幾種金屬元素在我國都不占優(yōu)勢；而鎂作為一種輕質工程材料，其潛力尚未充分挖掘出來，開發(fā)利用還遠不如鋼鐵、銅鋁等成熟。在很多傳統金屬礦產趨于枯竭的今天，加速開發(fā)鎂金屬材料是社會可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一。 由于汽車和 3C行業(yè)對產品輕量化的要求，鎂合金的應用得到了長足發(fā)展， 2020 年全球鎂合金市場的需求在 30萬噸左右。近二十年來，全球鎂合金市場的需求年復合增長率在 10%以上，歐美鎂合金市場的需求年復合增長率在 15%以上。 由于中國具有礦產資源優(yōu)勢 (,%,吧 )、原鎂價格便宜優(yōu)勢、鎂合金就近供應優(yōu)勢以及鎂合金應用領域的逐步成熟，近年來中國鎂合金行業(yè)得到了快速發(fā)展，無論是產量還是出口量均位居全球第一位。鎂合金行業(yè)正處于快速增長期的初級階段。鎂合金行業(yè)的快速發(fā)展，具體來講，主要有以下幾個原因： 以汽車、 3C為代表的民用產品領域依然處于明顯的增長期，其總量和結構的變化加大了對鎂合金的需求。 汽車行業(yè)汽車行業(yè)是鎂合金應用量最大、增長速度最快的領域，全球主要汽車生產企業(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。 根據國際汽車制造商協會的研究，目前每輛汽車平均使用鎂合金約 公斤，預計到 2020 年每輛汽車使用量將達到約 10 公斤， 2020 年達到 68 公斤。 以 2020 年世界汽車產量 6000 萬輛計算，到 2020 年汽車行業(yè)用鎂量將會達到 60 萬噸， 2020 年將會達到 500 萬噸。 汽車生產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、鋁合金實現汽車的輕量化，提高燃油經濟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，據測算，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。 陜西科技大學畢業(yè)論 文（設計說明書） 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不降低機械性能，而塑料很難在不降低機械性能的前提下再生使用。同時塑料回收率只有 50%，而鎂合金可以實現 100%的回收利用。 3C 行業(yè)鎂合金與傳統 3C產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。特別是應用在 3C 產品外殼上，其外觀及觸摸質感好，已經成為設計和消費的流行 趨勢。 3C 產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殼的比例達到 30%，約 2200 萬臺。鎂合金在手機和數碼相機上的使用也在快速增長，2020 年采用鎂合金機殼的手機比例達到 16%，約 6000 萬部，采用鎂合金機殼的數碼相機約 500 萬臺。 未來經濟與社會的發(fā)展，將給以消耗資源為代價，承受巨大環(huán)境壓力的傳統制造行業(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今人們所面臨的一個十分重要而緊迫的問題。特別是近年來，國際標準化組織 (ISO)提出了關于環(huán)境管理的 ISO14000 系列標準后，推動著綠色制造的研究和應用更加活躍。一個綠色設計和綠色制造研究與開發(fā)的強大綠色浪潮正在全球興起。 由于鎂合金密度小、比強度和比剛度高、導熱導電性好、兼有良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能；同時易于加工成型、廢料容易回收；作為電子裝置，如移動通信、手提計算機等的殼體結構件，可以代替塑料以滿足產品的輕、薄、小型化，高集成度等要求。因此，鎂和鎂合金成為現代汽車、電子、通信等行業(yè)的首選材料，被人譽為 “21 世紀的綠色工程材料 ” 。 鎂合金成為 21世紀最令人矚目的綠色環(huán)保工程金屬材料，是人類文 明社會發(fā)展的必然要求，有著深刻的經濟和社會背景。 鎂鋁合金的應用及其成型工藝研究 29 29 參 考 文 獻 [1] 王渠東，丁文江 .鎂合金及其成形技術的國內外動態(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 .材料科學與工藝，2020，（ 1）： 87－ 90 [5] 閻其風 .模具設計與制造 .北京：機械工業(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 陜西科技大學畢業(yè)論 文（設計說明書） 30 致 謝 經過兩個多月的努力，這次畢業(yè)論文已到最后的階段。以自己現在的水平，由于對知識理解的還不夠透徹，對經驗的缺乏論文中難免有很多考慮不周全的地方，如果沒有指導老師和同學的幫助，這個畢業(yè)論文也不會順利的完成。 首先，我要感謝我的畢業(yè)設計指導老師劉老師，剛拿到這個畢業(yè)論文題目 時，由于和自身專業(yè)知識有所偏差，初步著手做的時候感覺很困惑，在劉老師的熱心指導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)論文的各個注意事項。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習到了很多知識和方法，對我有很重要的意義！