压铸镁合金体系优化探究

目前已有的压铸镁合金有AZ、AM、AE和AS系，其常规化学成分见表4-15。显然，适合压铸的镁合金种类比重力铸造镁合金少得多。由于铝能提高镁合金的铸造性能、强度和耐蚀性，从而是压铸镁合金最主要的合金化元素。大多数压铸镁合金为铝镁合金，铝的质量分数一般为3%～9%。锰则能提高镁合金的耐蚀性。我国的压铸镁合金牌号为YM5，化学成分（质量分数）为：Mg（Bal.），Al7.5%～9.0%，Zn0.2%～0.8%，Mn0.15%～0.5%。

表4-15 压铸镁合金的常规化学成分

① 铜、镍和铁含量较低的高纯度合金。

② 如果铁的质量分数超过0.005%，则铁锰的质量比小于0.032。

AZ91是最常见的压铸镁合金，具有低比热容和较高的冷却速度，从而铸造性能优良。此外，还具有高强度、耐腐蚀和低成本等特点。(www.xing528.com)

随着铝含量的增加，镁合金枝晶晶界处析出Mg₁₇Al₁₂相，导致塑性和断裂韧度下降。通常采用降低铝含量、减少锌含量或消除锌，并添加锰的做法来提高镁合金的变形性能，于是形成了Mg-Al-Mn系合金如AM20、AM50和AM60等（锰的质量分数为0.2%～0.4%）。该系合金强度不高，但延展性优于AZ系合金。目前，AM60和AM50合金广泛地用于制作汽车仪表板支撑件、转向盘附件和座椅框架等安全部件。鉴于降低铝含量在某种程度上会影响镁合金的铸造性能，因此选材时应考虑选用力学性能合乎要求的高铝含量镁合金。

重金属夹杂会降低镁合金的抗盐水腐蚀能力，因此要严格控制重金属杂质含量。AZ91A和AZ91B是两种广泛应用的压铸镁合金，其唯一区别是AZ91A中铜含量比AZ91B高。AZ91D具有优良的铸造性能和强度，AM60A和AM60B具有优良的延展性和减振性，AM60B的抗盐水腐蚀能力优于AM60A。压铸镁合金中锰含量差别很大，这主要取决于其他合金元素存在时铁和锰的互溶度，高纯压铸镁合金中铁的质量分数不超过0.005%。

为了提高压铸镁合金在393K以上的蠕变强度，通过添加硅或稀土金属元素生成金属间化合物相来稳定晶界，形成了AS系和AE系合金如AS21、AS41和AE42等。这些合金的室温力学性能良好，高温强度和蠕变抗力明显高于AZ91合金。值得注意的是，这些合金需要控制较低的铝含量。目前主要有两种AS系列合金如AS41A和AS41B，AS41A的铜含量比AS41B高，抗盐水腐蚀能力差。通常在压铸镁合金中添加（5～15）×10^-4%（质量分数）的铍来减轻熔体的氧化。

许多研究表明，压铸过程中晶界附近发生非平衡凝固形成Mg₁₇Al₁₂和α-Mg离异共晶是Mg-Al系合金高温力学性能恶化的根本原因。针对这一特点，20世纪70年代开发出了ZA型高锌镁合金，其中ZA85合金室温力学性能与AZ91接近，抗蠕变性能比AZ91高。AE系合金通过添加稀土元素和降低铝含量来提高晶界相的稳定性，从而抗蠕变性能大大提高，甚至还开发了完全不含铝的MEZ合金。与高铝镁合金相比，AE42和MEZ合金的屈服强度和抗拉强度较低，而423K以上的蠕变抗力大大提高。