鎂合金密度低，是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度和比剛度高、電磁屏蔽效果好、抗震減震能力強(qiáng)、易于機(jī)加工成形和易于回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、汽車、3C產(chǎn)品以及軍工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用潛力，從而引起了許多國(guó)家的政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對(duì)鎂合金及其成形技術(shù)的高度重視,投入了大量人力、財(cái)力進(jìn)行開發(fā)研究,并取得了一定的效果。

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鎂的定義

鎂是1828年被發(fā)現(xiàn)的銀白色輕金屬，無(wú)磁性。原子序數(shù)12，化學(xué)代號(hào)為Mg，電子結(jié)構(gòu)為2-8-2，為六方最密堆積晶體結(jié)構(gòu)。熔點(diǎn)（M.P）為650℃，沸點(diǎn)（B.P）為1107℃（2024.6°F）。為地殼第六豐富之金屬元素，為海水中排名第三之金屬元素，也為地表含量第三之常用金屬元素。工業(yè)生產(chǎn)鎂始于1886年的德國(guó)，1990年全世界生產(chǎn)235萬(wàn)公噸。最主要的用途為：鋁合金元素添加，鋼鐵脫硫及除氧劑，以及制造鎂合金。

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鎂的合金元素

最常見的合金元素為鋁（Al）、鋅（Zn）、錳（Mn）。合金的基本原理如下：

鋁（A）：添加3-10%時(shí)其硬度與強(qiáng)度隨添加比例增加。鎂鑄件含5～10%Al時(shí)對(duì)熱處理有較佳之響應(yīng)。

錳（M）：添加少量可改善腐蝕抗，對(duì)機(jī)械性質(zhì)效應(yīng)極少。

鋅（Z）：最多達(dá)3%，可改善強(qiáng)度與鹽水腐蝕。Mg-Zn-Zr合金可含6%的鋅，以提供高強(qiáng)度與良好延展性。

稀土元素（RE）或釷（Th）：中高溫強(qiáng)度需求時(shí)添加，合金中通常并含鋅與鋯，如EZ33A-T5，HK31A-T6。

銀（Ag）：若高溫強(qiáng)度需求時(shí)添加，同時(shí)可添加稀土元素（RE）、釷（Th）與鋯（Zr），如QE22A-T6。

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鎂合金的分類

鎂合金一般按照化學(xué)成分、成型工藝和是否含鋯三種方式分類。大多數(shù)鎂合金都含有多種合金元素，為突出最主要的合金元素，習(xí)慣上總是依據(jù)最主要合金元素，將鎂合金劃分為二元合金系：Mg-Mn、Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Ag和Mg-Li系。

按成型工藝，鎂合金可分為兩大類，即變形鎂合金和鑄造鎂合金，變形鎂合金和主要鎂合金在成分、組織和性能上存在著巨大的差異。早期的變形鎂合金由于要求其兼有良好的塑性變形能力和盡可能高的強(qiáng)度，對(duì)其組織的設(shè)計(jì)大多要求不含金屬間化合物，其強(qiáng)度的提高主要依賴合金元素對(duì)鎂合金的固溶強(qiáng)化和塑性變形引起的形變強(qiáng)化。

依據(jù)合金中是否含鋯，鎂合金又可分為含鋯和不含鋯兩大類。Mg-Zr合金中一般都含有另一組元，最常見的合金系列是：Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-Th-Zr和Mg-Ag-Zr系列。不含鋯的鎂合金有：Mg-Zn、Mg-Mn和Mg-Al系列。應(yīng)用最多的是不含鋯壓鑄鎂合金Mg-Al系列，含鋯與不含鋯的鎂合金中均包含變形鎂合金和鑄造鎂合金。

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鎂合金的特點(diǎn)

1.比強(qiáng)度、比剛度均很高，比強(qiáng)度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相當(dāng)而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工程塑料；

2.彈性模具較低，當(dāng)收到外力時(shí)，應(yīng)力分布將更均勻，可以避免過高的應(yīng)力集中，彈性范圍內(nèi)承受沖擊載荷時(shí)，所吸收的能量比鋁高50%左右，所以，鎂合金適宜于制造受猛烈撞擊的零件，此外，鎂合金受到?jīng)_擊或摩擦?xí)r，表面不會(huì)產(chǎn)生火花；

3.良好的減震性，在相同載荷下，減振性是鋁的100倍，鈦合金的300~500倍；

4.切削加工性能優(yōu)良，其切削速度大大高于其他金屬；

5.鎂合金的鑄造性優(yōu)良，幾乎所有的鑄造工藝都可鑄造成型。

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鎂合金的應(yīng)用

鎂合金在航空、航天、汽車、3C產(chǎn)品以及軍工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用潛力。

航天：輕量化是航空航天構(gòu)件材料的重要發(fā)展方向之一。鎂合金是目前實(shí)際應(yīng)用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。鎂合金具有較高的抗振能力，在受沖擊載荷時(shí)能吸收較大的能量，還有良好的吸熱性能，因而是制造飛機(jī)輪轂的理想材料。鎂合金也用于導(dǎo)彈和衛(wèi)星上的一些部件。

汽車：近年對(duì)改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提出了更高的要求，而減輕汽車重量一直是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最有效手段。以輕質(zhì)、可再循環(huán)和良好鑄造性能為主要特點(diǎn)的鎂合金，正是滿足這一要求的理想結(jié)構(gòu)材料。

筆記本電腦：銀白色的鎂鋁合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀，而且易于上色，可以通過表面處理工藝變成個(gè)性化的粉藍(lán)色和粉紅色，缺點(diǎn)：鎂鋁合金并不是很堅(jiān)固耐磨，成本較高，比較昂貴。

數(shù)碼相機(jī)：一般中高端及專業(yè)數(shù)碼單反相機(jī)都采取鎂合金做骨架，使其堅(jiān)固耐用，手感好。

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鎂合金成型工藝

鎂合金成形工藝主要可分為液態(tài)成形工藝和固態(tài)成形工藝。其中液態(tài)成形主要包括重力鑄造、低壓鑄造、壓鑄、半固態(tài)鑄造、擠壓鑄造等。固態(tài)成形又稱塑性加工成形，包括擠壓、鍛造、軋制、沖壓、拉深等。此外，還有一些新型成形技術(shù)，如快速凝固/粉末冶金、噴射沉積等。

（1）重力鑄造：鎂合金可以用不同的重力鑄造方法生產(chǎn)，如砂型鑄造、熔模鑄造、金屬模鑄造、半金屬模鑄造、殼型鑄造等。其中鎂合金的砂型鑄造經(jīng)歷了普通粘土砂、水玻璃砂、自硬樹脂砂的發(fā)展階段。采用自硬樹脂砂造型制芯工藝，可以提高鑄件的質(zhì)量，簡(jiǎn)化工藝程序，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化的生產(chǎn)和提高模具使用壽命，并減少有害氣體，是大型復(fù)雜鑄件走向精確化的方向。

（2）低壓鑄造：鎂合金一般熱容小、凝固區(qū)間大，容易產(chǎn)生裂紋、充填不均勻、偏析和組織粗大等鑄造缺陷，且難以生產(chǎn)大型、薄壁或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件。利用低壓鑄造平穩(wěn)的充型和順序凝固特點(diǎn)可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的鎂合金鑄件。

（3）壓鑄：鎂合金熔點(diǎn)較低（ 純鎂約為650℃） ，凝固潛熱小，凝固速度快，且合金液黏度低、流動(dòng)性好，特別適于壓鑄生產(chǎn)。但常規(guī)壓鑄的零件無(wú)法進(jìn)行熱處理，不能通過時(shí)效強(qiáng)化。近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的真空壓鑄、充氧壓鑄和半固態(tài)壓鑄則可解決該問題。

（4）半固態(tài)鑄造：半固態(tài)成形是一種新型、先進(jìn)的工藝方法，與傳統(tǒng)的液態(tài)成形相比，具有成形溫度低，模具壽命長(zhǎng)，改善生產(chǎn)條件和環(huán)境，細(xì)化晶粒，減少氣孔，疏松縮孔，提高組織致密性，提高鑄件質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。半固態(tài)觸變注射成形最為成熟，具有工藝簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于鎂合金生產(chǎn)中。

（5）擠壓：鎂合金塑性較差，適合擠壓成形，一般為溫?cái)D壓和熱擠壓，擠壓溫度通常為300～ 450 ℃。鎂合金擠壓有以下優(yōu)點(diǎn)：可細(xì)化晶粒、通過保留擠壓纖維織構(gòu)可提高強(qiáng)度、可獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量及良好的尺寸精度。目前，鎂合金管材、棒材、型材、帶材等產(chǎn)品主要采用擠壓成形。但鎂合金擠壓也存在擠壓速度慢、變形抗力大、擠壓加工后由于形成織構(gòu)而造成材料力學(xué)性能的各向異性等缺點(diǎn)。

（6）鍛造：鎂合金鍛造一般有兩種方式：自由鍛和模鍛。常用來(lái)鍛造的鎂合金有ZK 系列和AZ 系列鎂合金。鎂合金鍛件的力學(xué)性能通常取決于鍛造過程中所產(chǎn)生的應(yīng)變硬化程度。鍛造溫度越低，其應(yīng)變硬化效果越顯著，然而溫度過低時(shí)鍛件容易開裂，過高時(shí)則氧化嚴(yán)重。在傳統(tǒng)的鍛造工藝上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)—精密鍛造，可成形流線沿鍛件幾何外形分布的高精度、復(fù)雜形狀鍛件，同時(shí)能提高鍛件的承載能力。

精密沖鍛成形技術(shù)是將沖壓成形與鍛造成形相結(jié)合產(chǎn)生的新工藝，是適用于鎂合金成形的很有發(fā)展前途的工藝。主要是將加熱后的鎂合金坯料在加熱模具中進(jìn)行沖壓和鍛造，采用普通機(jī)械式鍛壓機(jī)床即可，其技術(shù)關(guān)鍵在于成形模具與成形工藝設(shè)計(jì)，以及模具溫度、變形率與變形速度等參數(shù)控制。與壓鑄和半固態(tài)成形工藝比較，該技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、成品率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)。

（7）軋制：鎂合金的帶材及板材一般采用軋制成形的方法生產(chǎn)。軋制過程可以細(xì)化晶粒，改善鎂合金組織，顯著提高鎂合金的力學(xué)性能。軋制溫度是鎂合金軋制過程中的關(guān)鍵參數(shù)。軋制溫度過低時(shí)，高的應(yīng)力集中可導(dǎo)致孿晶形核和切變斷裂；軋制溫度過高時(shí)，晶粒容易長(zhǎng)大而使板材熱脆傾向增大。

（8）鎂板：差溫拉深工藝鎂合金室溫塑性變形能力較差，鎂合金板材在室溫下沖壓成形幾乎是不可能的，即使是高溫下等溫沖壓其成形性仍然較差。通過計(jì)算機(jī)程序控制，可對(duì)鎂板不同部位根據(jù)其深沖時(shí)的變形程度進(jìn)行差溫加熱，并精確控制動(dòng)態(tài)壓邊力，綜合利用鎂合金在高溫時(shí)的變形能力和低溫時(shí)的加工硬化能力，從而實(shí)現(xiàn)在較低的成形溫度下達(dá)到更高的極限拉深比。

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