鑄造鎂合金是以鎂為基加入合金化元素形成的適于用鑄造方法生產(chǎn)零部件的鎂合金。按成形工藝，鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金，兩者在成分、組織性能上存在很大差異。鑄造鎂合金主要用于汽車零件、機(jī)件殼罩和電氣構(gòu)件等；變形鎂合金主要用于薄板、擠壓件和鍛件等。
鑄造鎂合金具有如下特性：結(jié)晶溫度間隔大，體收縮和線收縮大，組織中的共晶體量、比熱容、凝固潛熱、密度以及液體壓頭均小，流動(dòng)性低，拉裂、縮松傾向一般較鑄造鋁合金大得多。

就航空材料而言，結(jié)構(gòu)減重和結(jié)構(gòu)承載與功能一體化是飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的重要方向。鎂由于其低密度、高比強(qiáng)度的特性使得其很早就在航空工業(yè)上得到應(yīng)用。航空材料減重帶來的經(jīng)濟(jì)效益和性能的改善十分顯著，商用飛機(jī)與汽車減重相同重量帶來的燃油費(fèi)用節(jié)省，前者是后者的近100倍。而戰(zhàn)斗機(jī)的燃油費(fèi)用節(jié)省又是商用飛機(jī)的近10倍，更重要的是其機(jī)動(dòng)性能改善可以提高其戰(zhàn)斗力和生存能力。正因?yàn)槿绱?，航空工業(yè)才會(huì)采取各種措施增加鎂合金的用量。

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。

隨著輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料在航空航天、軍工及汽車等重要工業(yè)領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用，鎂合金以其低密度、的特點(diǎn)受到科研人員的高度重視，并得到企業(yè)界的關(guān)注。在鎂合金體系中，相比于傳統(tǒng)的鎂鋁系和鎂鋅系合金，以稀土為主要合金元素的鎂稀土合金具有更高的強(qiáng)度和抗蠕變性能，因而其作為結(jié)構(gòu)材料在上述關(guān)鍵領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。基于上述需求，近年來國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了一系列的鎂稀土合金材料，并開展了相關(guān)的制備、加工技術(shù)和應(yīng)用研究，取得了較大的進(jìn)展。但在鎂稀土合金開發(fā)和應(yīng)用過程中，仍遇到一些困難及技術(shù)瓶頸難題，主要表現(xiàn)在材料的成分設(shè)計(jì)、熔體純凈化與細(xì)化、材料制備與成型加工技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面。近日上海交通大學(xué)輕合金精密成型中心丁文江院士、吳國華教授與江蘇大學(xué)材料學(xué)院汪存龍博士及上海理工大學(xué)材料學(xué)院孫明博士等人系統(tǒng)綜述了鑄造鎂稀土合金的研發(fā)與應(yīng)用概況。該文主要針對(duì)鎂稀土合金的材料設(shè)計(jì)、熔體純凈化與細(xì)化、材料液態(tài)加工技術(shù)、鎂稀土合金的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等進(jìn)行了詳細(xì)的綜述。（1）鎂稀土合金材料體系的開發(fā)稀土元素（RE）通常分為兩類，即輕稀土和重稀土，已經(jīng)開發(fā)的高強(qiáng)耐熱Mg-RE系合金主要以重稀土為主，例如Mg-Gd，Mg-Y，Mg-Nd，Mg-Dy，Mg-Sm等。上述新近開發(fā)的Mg-RE合金具有與常規(guī)Mg-Al或Mg-Zn系列合金相當(dāng)?shù)拿芏鹊W(xué)性能得到大幅度提高；而與鑄造Al合金相比，其具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和更低的密度；因而鎂稀土合金具有兼具高強(qiáng)度和低密度的優(yōu)勢(shì)。常見的鑄造鋁合金和鎂合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨輕金屬密度變化的示意圖如圖1所示。由于Mg-Gd和Mg-Y合金具有很強(qiáng)的時(shí)效硬化能力和潛在的實(shí)際加工潛力，因此成為研究多的合金，而現(xiàn)有的鎂稀土合金也主要基于此兩種體系。

具體的熔煉鑄造過程分六步：

（1）配料：按爐化5kg 鎂合金，根據(jù)鎂合金板材熔煉鑄造原料配比表進(jìn)行計(jì)算，確定各組分的用量，然后進(jìn)行稱量取材，再放入烘箱進(jìn)行烘干處理后備用。

（2）裝料熔煉：給熔爐進(jìn)行加熱，裝入稱取的合金原料，待爐溫升至650℃時(shí)，輕輕加入爐料35%Mg，并同時(shí)輸入保護(hù)氣體，再繼續(xù)給熔爐緩慢加熱升溫熔煉。

（3）合金化：待爐溫升至700℃時(shí)保持溫度確保合金原料完全熔化，然后加入配料5%Zn，以及強(qiáng)化元素稀土Nd，再進(jìn)行連續(xù)攪拌約150s，確保熔爐內(nèi)原料完全熔化，再繼續(xù)給熔爐緩慢加熱升溫，直至熔爐內(nèi)溶液溫度達(dá)到730℃時(shí)進(jìn)行變質(zhì)處理。

（4）變質(zhì)處理：熔爐內(nèi)溶液溫度達(dá)到730℃時(shí)，逐漸加入變質(zhì)劑并同時(shí)進(jìn)行攪拌操作，防止溶液飛濺和混合不均，然后靜置保溫約5min，以確保溶液進(jìn)行充分變質(zhì)處理。

（5）靜置澆注：撇去熔爐內(nèi)溶液浮渣，并繼續(xù)靜置15min，然后將熔爐內(nèi)溶液緩緩澆注到鎂合金板材模具中，保持模具水平靜置。

（6）冷卻取用：待模具內(nèi)鎂合金板材完全成形冷卻，再從模具中取出進(jìn)行切割處理，長寬厚尺寸分別為180mm×50mm×8mm，以留作焊接試驗(yàn)使用。

在采用傳統(tǒng)技術(shù)壓鑄時(shí)，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(hù)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(jìn)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(shí)間20s~30s，工件小壁厚1.5mm~2mm，強(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(shí)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(jìn)行熱處理強(qiáng)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(jì)算機(jī)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(gè)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(tái)擠壓鑄造機(jī)，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(huì)（NADAC）給擠壓鑄造下的定義是采用低的充型速度和小的擾動(dòng)，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(shí)驗(yàn)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(jì)，2022年，全世界約有365臺(tái)擠壓鑄造機(jī)，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(jī)沖頭的機(jī)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(shí)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(huì)變形開裂，工藝簡單，操作方便靈活，自動(dòng)化水平高，成品率高。多用于生產(chǎn)強(qiáng)度高、氣密性好的零件，特別是薄板類鑄件，如各種閥體、機(jī)架、汽車輪盤、車門等。