低压铸造对镁合金材料组织及耐腐蚀性能影响

2020-04-22张大鹏王海明

中国金属通报 2020年3期

张大鹏，王海明

（大连锅炉压力容器检验检测研究院有限公司，辽宁大连 116013）

由于镁合金材料密度低、高强度特点，使其具有良好的机加工性能。随着轻工业经济的快速发展，对合金材料的需求量逐渐增加，合金材料被广泛应用在航天航空、汽车、医疗器械等多个领域中，通常用于这些领域的合金材料都是以铝合金为主，但是随着合金材料需求量的增多，且铝合金材料成本较高，加工工艺交复杂[1]。所以此次试图将镁合金材料代替铝合金材料的工业地位，通过铸造加工工艺对镁合金才来进行加工，提高镁合金的组织和耐腐蚀性能，从而减轻材料成本压力，推动工业经济平稳发展。铸造工艺分为低压铸造和重力铸造两种方式，目前镁合金材料加工过程中所使用的都是重力铸造，由于重力铸造过程简陋粗糙，导致加工后的镁合金无论是组织结构还是其它性能，都无法达到加工后铝合金材料的性能要求[2]。低压铸造加工工艺具有充型平稳、流程简单、铸造缺陷较少等优点，比重力铸造加工工艺具有更好的组织和性能效果，在低压力下形成的合金材料组织结构更加紧密，因此在铝合金材料实际生产过程中，主要采用低压铸造。若要实现镁合金材料替代铝合金材料在生产领域中的地位，必须要在铸造加工过程中提高镁合金材料的性能，所以此次以实验的形式，研究低压铸造对镁合金材料组织及耐腐蚀性能影响，为低压铸造镁合金材料的应用提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 实验材料与方法

此次实验所使用用于铸造镁合金材料的有100%纯镁金属、MG-40Gd、MG-30Yd和 MG-43Zh中间合金等，采用低压铸造的加工方式对材料进行镁合金材料铸造。在铸造过程中使用的机械设备主要为低压铸造机，该机器低压铸造装置主要由低压铸造原始装置、溶液加压装置、抽真空装置三部分组成，其中溶液加压装置主要负责镁合金材料低压铸造过程中压力控制，其压力值可通过装置上的压力表设定，通常情况下镁合金材料低压铸造充型压力设定为0.9kPa，保压压力设置为60kPa；抽真空装置通过控制真空泵抽取在铸造过程中镁合金材料内的空气，让铸造加工后的镁合金材料组织结构更加紧密[3]。所使用的模具板样设计为150mm×100mm×20mm。下表为低压铸造镁合金材料化学成分表。

表1 低压铸造镁合金材料化学成分表（%）

1.2 实验流程

首先将低压铸造机内的坩埚预热至暗红色，在坩埚壁和底部表面均匀撒上适量的熔剂；然后加入预热的纯镁金属材料和回炉料，通过升温将其进行熔化；当炉内材料熔化完毕后，再在炉内加入适量的熔剂，将坩埚升温至650～ 720℃后加入 MG-40Gd、MG-30Yd中间合金；继续升温至820～900℃，缓慢地加入MG-43Zh中间合金；待炉内金属材料全部熔化后，搅拌5～10 min ，使镁合金材料均匀；将镁合金溶液温度调整至600～650℃，精炼10～15min ；然后在将镁合金熔液升温至800～820℃，静置20～ 30min ，待溶液温度降至450℃后进行浇注，以此得到低压铸造后的镁合金材料[4]。然后使用显微镜观察镁合金材料的组织；挑选5块面积相同的镁合金材料，对其进行喷洒强度硫酸液体，观察镁合金材料腐蚀面积来检验镁合金材料的耐腐蚀性能。

2 实验结果

根据上述实验流程的设计，下述将进行对应实验结果的分析。下图为显微镜下镁合金材料组织结构图。

图1 显微镜下镁合金材料组织结构图

下表为低压铸造后镁合金材料成分表。

表2 低压铸造后镁合金材料成分表（%）

下表为硫酸溶液对镁合金材料腐蚀面积。

3 实验结论分析

3.1 低压铸造对镁合金材料组织影响分析

结合上述图1与表2分析低压铸造对镁合金材料组织的影响。从图1可得知，低压铸造后，镁合金材料组织结构紧密，主要呈网状结构分布在金属晶界上，特别是在多晶体交界处[5]。

从表2可以看出，低压铸造后无论是镁金属含量还是Gd、Yd、Zh等中金合金含量，具存在明显提成，尤其镁金属元素含量比铸造前提成越90%左右，说明低压铸造对镁合金材料组织能起到强化作用，提高材料内金属材料成分，使镁合金材料组织更加稳定和牢固。

3.2 低压铸造对镁合金材料耐腐蚀性能影响分析

结合上述表3分析低压铸造对镁合金材料耐腐蚀性能影响，从表3可以看出，经过低压铸造后的镁合金材料具有良好的耐腐蚀性。在经过浓度较高硫酸溶液的喷洒，镁合金材料最大的腐蚀面积仅占2.64%，最小腐蚀面积只占整个合金材料面积的0.97。

由于镁合金材料经过低压铸造后，合金会形成大量过饱和固溶体，这种固溶体会增强镁合金材料的强度和硬度，一定程度上改变了镁合金材料的可塑性，从而提升镁合金材料的耐腐蚀性能[6]。综上，低压铸造对镁合金材料无论是组织结构还是耐腐蚀性能，都具有明显提升。经检测，经过低压铸造后，镁合金材料组织抗拉强度与屈服强度达到264.7MPa和321.4MPa，并且镁合金材料耐腐蚀性能提高45%左右。