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(chē)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。

隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，節(jié)能、環(huán)保是當(dāng)前及未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)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(qiáng)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(shì)[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(lái)越普及，如航空航天的飛機(jī)變速箱、天蓬框架、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體，以及人們體育運(yùn)動(dòng)使用的網(wǎng)球拍、辦公使用的打印機(jī)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]。

鎂合金與鋼鐵、鋁合金一樣，都屬于金屬結(jié)構(gòu)材料，都可以通過(guò)機(jī)械加工、熔煉鑄造鍛壓、焊接熱處理等方式進(jìn)行生產(chǎn)加工[6]。一般地，鎂合金按照合金系的不同主要分為五大類(lèi)：Mg-Al 系合金、Mg-Zn 系合金、Mg-Mn 系合金、Mg-RE 系合金、Mg-Li 系合金。按照生產(chǎn)加工方式的不同分為兩大類(lèi)：鑄造鎂合金、變形鎂合金[7]。

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(rùn)滑劑揮發(fā)氣體）無(wú)法排出，形成高壓微孔或溶于合金內(nèi)，抑或在充模過(guò)程中形成氣隔，使充模過(guò)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(lái)，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(kāi)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(guò)在鑄造過(guò)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(zhǎng)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(chē)輪和方向盤(pán)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(kāi)拓也不強(qiáng)勁。

充氧壓鑄

充氣壓鑄又稱(chēng)無(wú)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(chē)車(chē)輪等。

壓縮成型

美國(guó)俄亥俄精密成型公司開(kāi)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(guó)的一份專(zhuān)利中。德國(guó)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(kāi)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(chē)、自行車(chē)、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(kāi)裂，工藝簡(jiǎn)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(lèi)鑄件，如各種閥體、機(jī)架、汽車(chē)輪盤(pán)、車(chē)門(mén)等。

鎂合金是以鎂為基體，同時(shí)加入其他元素合金化而成，能夠改善材料的物理、力學(xué)、熱力學(xué)、耐腐蝕等性能，從而滿(mǎn)足不同領(lǐng)域及工作環(huán)境的需求 。稀土元素能夠在一定程度上改善鎂合金的熔體凈化效果和鑄造能力，同時(shí)能夠優(yōu)化組織，提高材料的力學(xué)性能及抗氧化和抗蠕變性能 ，使鎂合金強(qiáng)度提高1.5~2.5倍，極限工作溫度提升至350℃，且耐蝕性能顯著提升，拓展了鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域。Gd對(duì)鎂合金具有顯著的強(qiáng)化效果，但其高昂的價(jià)格限制了Mg-Gd系合金的應(yīng)用與推廣，因此，需要尋找到與Gd作用相似且廉價(jià)的合金化元素。Er在鎂合金中與Gd具有類(lèi)似的作用，這使得新型含Er鑄造鎂合金的應(yīng)用成為可能，且價(jià)格低廉，目前已開(kāi)發(fā)出了一系列具有較高強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的含Er鑄造鎂合金。本課題綜述了Er對(duì)鑄造鎂合金熔體、組織與性能的影響規(guī)律及其作用原理，構(gòu)建了含Er稀土鎂合金固溶度變化簡(jiǎn)易模型，展望了含Er鎂合金未來(lái)的研究方向。

鎂的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，在熔煉和澆注過(guò)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(duì)熔體不能起到有效的保護(hù)作用。含Er鎂合金在熔化的時(shí)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(guò)熱力學(xué)分析可知，Er與熔劑中的MgCl2具有較強(qiáng)的交互作用，在熔化和精煉過(guò)程中，Er會(huì)與熔體中的過(guò)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(huì)與鎂熔體中析出的氫氣反應(yīng)，生成密度較高的高熔點(diǎn)化合物ErH2，下沉后成固體渣，從而減少疏松和夾雜。澆注過(guò)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。