与其他压铸合金一样,传统的压铸技术使镁合金液以高速的紊流和弥散状态充填压铸型腔,使型腔内的气体及由压铸涂料产生的气体无法顺利排出,这些气体在高压下或者溶解在压铸合金内,或者形成许多弥散分布在压铸件内的高压微气孔。这些高压下溶解的气体和微气孔在高温下析出和膨胀导致铸件变形和表面鼓泡。因此用传统压铸方法生产的镁合金压铸件,与其他合金的压铸件一样,不能进行热处理强化,也不能在较高温度下使用。为了消除这种缺陷,提高压铸件的内在质量,扩大压铸件的应用范围。近20年来研究开发了一些新的压铸方法,其中包括充氧压铸,半固态金属流变或触变压铸和挤压铸造,以及几经起伏的真空压铸,等等。
真空压铸通过在压铸过程中抽除型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体,提高压铸件的力学性能和表面质量。目前已成功地在冷室压铸机上用真空压铸法生产出AM60B镁合金汽车轮毂,在锁型力为2940kN的热室压铸机上生产出AM60B镁合金汽车方向盘零件,铸件伸长率由8%提高至16%。
充氧压铸又称无气孔压铸,该法在金属液充型前,将氧气或其他活性气体充入型腔,置换型腔内的空气,金属液充型时,活性气体与充型金属液反应生成金属氧化物微粒弥散分布在压铸件内,从而消除压铸件内的气体,使压铸件可热处理强化。日本轻金属株式会社用充氧压铸法生产计算机的AZ91镁合金整体磁头支架,代替原先的多层叠合支架,不但减轻了支架重量,而且取得了很大的经济效益。该公司还用充氧压铸法成批生产了AM60镁合金汽车轮毂和摩托车轮毂,与铝轮毂相比,重量减轻15%。充氧压铸镁合金件可像重力铸造镁合金件一样进行热处理强化,其力学性能优于普通压铸件和重力铸造件,而普通镁合金压铸件则在热处理时变形,无法进行力学性能试验。
半固态流变压铸具有充型平稳无金属喷溅、金属液氧化损失少、节能、操作安全、减少铸件内孔洞类缺陷等优点。固相率为40%-50%的AZ91D镁合金在冷室压铸机上半固态流变压铸试件消除了气孔缺陷,抗拉强度达140-200MPa。美国DowChemical公司发明的镁合金半固态压铸法已实现了商业化,并取得了三项基本专利。该公司于1991年推出了第二代半固态压铸设备,其锁型机构与普通压铸机相同,而压射机构则采用带有电加热装置的螺旋式压射机构。加入该机构的颗粒状镁合金被螺旋输送至用氩气保护的控温加热区,在该区被加热和剪切成温度达580℃的半固态后进入加速压射区,压射速度约318m/s,型腔压力为34-41MPa,最大可达136MPa,一次循环时间为20s。与普通压铸件高达215%-310%的平均孔隙率相比,半固态压铸件的孔隙率仅为14%-118%。该法的另一优点是减少了铸件在型内的收缩率,对某些铸件甚至可采用零起模斜度,显著减小了铸件的脱型阻力,提高了铸件的尺寸精度。已生产出的镁合金半固态压铸件有汽车传动器壳体盖、点火器壳体等,所用合金为AZ91D。
此外,用碳化硅等颗粒增强的镁合金基复合材料已进行了多年的研究开发,目前虽尚未达到在压铸领域商业应用的阶段,但已用砂型造、精密铸造等方法制成了叶轮、自行车曲柄、汽车缸套等铸件,并有将这种复合材料与半固态铸造相结合,应用于压铸和挤压铸造领域的发展趋势。
当前世界各国对压铸镁合金的工艺参数和力学性能关系的实验研究相对较多,而涉及压铸工艺对微观性能的研究成果非常少。因此,若能通过定量分析压铸工艺对镁合金组织与性能的影响,来预测镁合金成形加工零部件的性能,将是一个很有潜力和应用前景的基础研究。