鑄造鎂合金是目前應(yīng)用多的鎂合金，其鑄造方法主要有：砂型鑄造、模鑄造、半模鑄造、熔模鑄造、擠壓鑄造、低壓力鑄造和高壓鑄造等。鑄造鎂合金主要應(yīng)用于汽車零件、 機件殼罩和電器構(gòu)件等。 鑄造鎂合金多采用壓鑄工藝生產(chǎn)， 其主要特點是生產(chǎn)、精度高、表面質(zhì)量好、鑄態(tài)組織優(yōu)良、可生產(chǎn)薄壁及復(fù)雜形狀的構(gòu)件等。
目前，較常見的鑄造鎂合金有 Mg - Al、 Mg - RF等系列。然而，鑄造鎂合金的力學(xué)性能不夠理想，產(chǎn)品形狀尺寸存在一定的局限性且容易產(chǎn)生組織缺陷， 導(dǎo)致鎂合金的使用性能和應(yīng)用范圍受到很大限制。
鑄造鎂合金比變形鎂合金使用的更多。鑄造鎂合金是航空工業(yè)中應(yīng)用廣泛的一種輕合金。用鎂合金鑄件代替鋁合金鑄件,在強度相等的條件下,可以使工件重量減輕百分之二十五到百分之三十。鎂合金和鋁合金一樣,根據(jù)加工方法可以分為變形(壓力加工)鎂合金和鑄造鎂合金兩大類。這些年來,隨著壓鑄技術(shù)的發(fā)展,壓鑄鎂合金已成為鎂合金應(yīng)用的主要領(lǐng)域。此外,鎂合金作為犧牲陽極其用途也有了很大的發(fā)展。
鎂屬于輕金屬,屬鎂為銀白色,在空氣中極易被氧化,形成一層薄氧化膜,可以防止其進一步氧化。
鎂化學(xué)活性很高,在自然界中很難遇到純鎂礦。在海水中以氯化物存在,約含百分之零點一四,在地殼中以光鹵石、菱鎂礦、白云石和一些其他化合物形式存在,含量達(dá)到百分之二點三五。
隨著科技的發(fā)展與社會的進步，節(jié)能、環(huán)保是當(dāng)前及未來較長一段時間的主要發(fā)展課題。新型材料，尤其是某些有色金屬合金材料，如：鎂合金，在強度、剛度、制造性、加工方式、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性等方面，與傳統(tǒng)材料相比都具有明顯的性能優(yōu)勢[1]。因此，鎂合金在航空、軍事、民用器械等制造加工領(lǐng)域應(yīng)用越來越普及，如航空航天的飛機變速箱、天蓬框架、發(fā)動機箱體，以及人們體育運動使用的網(wǎng)球拍、辦公使用的打印機滾筒、核電站使用的核燃料零件箱等，都廣泛使用了鎂合金結(jié)構(gòu)材料[2]。目前，鎂合金已經(jīng)成為除鋼鐵、鋁合金之外的第三大金屬結(jié)構(gòu)材料[3]。
在采用傳統(tǒng)技術(shù)壓鑄時，熔體呈高速紊流和彌散狀態(tài)充填壓鑄型腔，腔內(nèi)氣體（空氣、保護氣體和模具表面潤滑劑揮發(fā)氣體）無法排出，形成高壓微孔或溶于合金內(nèi)，抑或在充模過程中形成氣隔，使充模過程中斷。氣孔中的氣體在高溫下析出或脹大，使鑄件變形和表面鼓包。因此，用傳統(tǒng)壓鑄工藝生產(chǎn)的鎂合金工件，不能進行熱處理或在較高溫度下工作。
近30年來，為了克服這些缺陷、提高其質(zhì)量和拓寬壓鑄技術(shù)的應(yīng)用范圍，科技工作者開發(fā)出了新的壓鑄工藝，如真空壓鑄、充氧壓鑄和半固態(tài)壓鑄等。與傳統(tǒng)壓鑄工藝相比，新工藝在消除壓鑄件鑄造缺陷和提高力學(xué)性能、表面及內(nèi)在品質(zhì)等多方面具有性。
真空壓鑄
真空壓鑄是通過在鑄造過程中，排除型腔內(nèi)氣體而消除或減少壓鑄件內(nèi)氣孔和溶解氣體以提高壓鑄件的力學(xué)性能和表面質(zhì)量。真空壓鑄的大沖頭速度可達(dá)10m/s，充型時間20s~30s，工件小壁厚1.5mm~2mm，強度性能可提高10%以上，韌性可提高20%~50%。此外，真空壓鑄還可以提高AM50合金的伸長率，由普通壓鑄的15%上升到19%。
20多年前，真空壓鑄AM60B合金汽車輪和方向盤就已獲得應(yīng)用，但真空壓鑄對鎂合金工件性能的提高遠(yuǎn)不如鋁合金明顯，因未受到重視，真空壓鑄鎂合金工藝的開拓也不強勁。
充氧壓鑄
充氣壓鑄又稱無氣孔壓鑄，是在鎂熔體充型前，將氧或其他活性氣體充入型腔，置換型腔內(nèi)的空氣。鎂熔體充型時與活性氣體反應(yīng)，生成MgO微粒，彌散地分布于壓鑄件內(nèi)，從而清除了壓鑄件中的氣體，使鎂合金壓鑄件可以進行熱處理強化。日本輕金屬公司率先用充氧壓鑄工藝生產(chǎn)出了AZ91合金計算機整體磁頭支架、汽車車輪等。
壓縮成型
美國俄亥俄精密成型公司開發(fā)的壓縮成型法，是向整個壓鑄件表面施加壓力，鎂合金在壓力作用下凝固，改善了合金的顯微組織，晶粒細(xì)化，使得空隙率大大下降，鑄件組織致密均勻，可用于生產(chǎn)性能要求高、形狀復(fù)雜的鎂合金零件。
擠壓鑄造
擠壓鑄造是壓力鑄造的一種，早出現(xiàn)在1819年英國的一份專利中。德國1931年制出世界首臺擠壓鑄造機，隨后，在蘇聯(lián)得到廣泛應(yīng)用，但直到20世紀(jì)60年代，在北美、歐洲和日本才開始應(yīng)用。北美壓鑄協(xié)會（NADAC）給擠壓鑄造下的定義是采用低的充型速度和小的擾動，使金屬熔體在高壓下凝固，以獲得可熱處理的、致密度高的鑄件鑄造工藝。實驗證明，在充型速度小于2m/s、充型壓力大于70MPa，即可獲得組織和性能良好的鑄件。據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年，全世界約有365臺擠壓鑄造機，大都用于鑄造汽車、自行車、空調(diào)器、閥和泵等零件。
合金熔體被注入型腔內(nèi)，在擠壓鑄造機沖頭的機械壓力作用下，被擠壓成型，并在壓力作用下凝固，鑄件組織致密，很少有氣孔、疏松、疏孔等缺陷，顯微組織細(xì)小均勻，有時鑄件的力學(xué)性能幾乎與鍛件的相等。鑄件在壓力狀態(tài)下凝固成型，不會變形開裂，工藝簡單，操作方便靈活，自動化水平高，成品率高。多用于生產(chǎn)強度高、氣密性好的零件，特別是薄板類鑄件，如各種閥體、機架、汽車輪盤、車門等。
鎂的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，在熔煉和澆注過程中容易與環(huán)境中的水氣等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣、氧化物，導(dǎo)致縮松、縮孔、夾雜等鑄造缺陷產(chǎn)生。根據(jù)Pilling Bedworth理論，Mg生成的氧化膜的體積比例系數(shù)（RPB）＜1，屬于疏松型，對熔體不能起到有效的保護作用。含Er鎂合金在熔化的時候，由于Er與氧的親和力更大，將生成稀土氧化物Er2O3，在熔體表面形成較致密的氧化膜，體積比例系數(shù)＞1，能夠有效減少熔體的氧化夾雜。通過熱力學(xué)分析可知，Er與熔劑中的MgCl2具有較強的交互作用，在熔化和精煉過程中，Er會與熔體中的過剩MgCl2發(fā)生還原反應(yīng)，生成ErCl3，并沉降，有效地抑制合金中的熔劑夾雜。此外，Er會與鎂熔體中析出的氫氣反應(yīng)，生成密度較高的高熔點化合物ErH2，下沉后成固體渣，從而減少疏松和夾雜。澆注過程中，稀土氧化物Er2O3所形成的致密氧化膜可以有效地減少熔體的二次氧化夾雜。
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