镁合金压铸工艺、安全操作要点

及劣质镁合金压铸设备的危害

黎前虎  陈继斌

       摘要：介绍了镁合金压铸过程中的压铸工艺要点，以及镁合金压铸生产中的安全操作。分析了劣质镁合金压铸设备带来的危险及危害。

       关键词：镁合金，压铸工艺，安全操作，劣质镁合金设备，危害。


        随着镁合金压铸的兴起与发展，对镁合金的压铸工艺特点及安全操作要点进行探讨，有利于安全、优质地生产。针对镁合金的不同特点，应该有特别的防护措施及设备。有的工厂仍用传统的普通冷室压铸机进行镁合金压铸件的生产，在生产中存在着潜在的危险及隐患。

       1、压铸工艺

       镁合金的压铸工艺同其他合金的压铸工艺相似，但是由于镁合金的不同特性，在压力、速度、温度及涂料的应用上又有着不同的地方。

       1.1 压力

       镁合金压铸分热室和冷室两种形式，压铸时压力也不同，热室机的压射比压在40MPa左右，冷室机的比压要高于热室机，通常的比压在40-70MPa。 

       另外重要的一点是增压建压时间，由于镁合金的凝固潜热低，镁合金在模具内的凝固时间要比铝合金的短的多，如果增压时间太晚的话，浇口和型腔的金属液已经凝固，增压也就失去意义。所以建压时间是衡量镁合金压铸机性能的一个重要因素，大部分压铸机的增压建压时间都在60ms以上，这时浇口的镁合金已经凝固，增压的压力无法传到模具型腔里面，优秀的压射系统建压时间通常在20ms以内。 

       1.2 速度

       镁合金由于密度小(只有铝合金的2/3)，因而惯性小。同时，由于镁合金的凝固也很快，要在金属凝固前充填整个型腔，因此，镁合金的压射速度要快。热室镁合金的压射速度可达6m/s，冷室压铸机的速度要更高一些，达到8 m/s。高的压射速度也产生高的浇口速度。举例来说，锌合金和铝合金的压铸模浇口速度大约在40 m/s至60 m/s之间，否则可能出现模具烧蚀现象，薄壁镁合金铸件的浇口速度很多要超过80m/s，由于镁合金的低热性和对模具钢的低焊合性，对压铸模具的烧蚀也没有铝合金般严重。

       1.3 温度

       温度是压铸过程的热因素，为了提供良好的充填条件，保证压铸件的成型质量，控制和保持热稳定性，必须选用相应的温度规范，主要是指合金的浇注温度的模具温度。

       热室压铸机的料壶在熔炉里面，压射时的热量损失小，因此，热室机压铸时镁合金的温度要低一些，通常在640℃左右。冷室压铸机的温度要高一些，一般在680℃左右。对于镁合金压铸有一点值得注意，就是如果产品的成型不太理想，可以从其它方面，比如压射速度、模具温度等方面改善，不可一味提高合金浇注温度，因为现在镁合金熔炉用的保护气体，在温度过高（超过710℃时）会失去效用。

       不合适的模具温度会导致铸件尺寸不稳定，并可能会产生粘型、变型、欠型等缺陷。为了加热模具，有的压铸厂常用火枪加热的办法。这种方法对镁合金是不太适用的，因为这样很难使模具的温度均匀，模具的寿命也会因为受到过冷过热的冲击而容易产生裂纹。而且由于镁合金的潜热低，在生产中，特别是薄壁件的生产中，为了保持较好的充填条件和稳定生产，通常要对模具持续地加热以维持模具温度的平衡。在镁合金的压铸中，最理想的加热方式是用模温机通过热油对模具进行加热，热油不间断地通过模具内的管道，从内部对模具进行加热，使模具达到稳定的平衡状态。由于导热油不但能加热，也可以象水一样对模具进行冷却，功能象热交换器，使模具温度保持在一定范围内。这种加热方式，模具的温度稳定而均匀，能有效地延长模具寿命，提高产品质量，而且使生产节拍稳定。镁合金压铸过程中模具的温度一般保持在180℃-280℃之间。

       1.4 涂料

       涂料的作用是为压铸合金和模具之间提供有效的隔离保护层，避免金属液直接冲刷型腔，保持金属液的流动性，还可以冷却模具，降低粘模倾向。镁合金同铝合金相比，和模具和焊合性要比铝合金轻，但是由于镁合金的压射速度要高于铝合金，当热金属高速冲击模具的某些部件时，可能产生焊合现象。使用合适的模具涂料可以减少这种趋势。最常用的是基于水的润滑剂，由于镁合金的热容小，因此不需要把润滑剂用于冷却媒介，并且使用时间应尽可能的短，一般为铝合金的50%。为减少水的含量，通常使用较高浓度的涂料。

       2、安全操作

       由于镁的易燃易爆性，在生产中必须要对安全有足够的重视，以下是个人防护、设备安全防护、事故处理要点。

       2．1个人防护

       个人防护是从事镁合金作业的基本条件，一般情况下，下面的防护装备是镁合金压铸人员的基本保护用品：

      （1）工作服

      （2）安全帽

      （3）防护面罩

      （4）隔热石棉手套

      （5）防火衣裤（耐热700℃以上）

      （6）安全鞋

        操作人员在进行作业以前，一定要按上述要求穿戴防护用品，未穿戴防护用品的人员不要靠近作业区域，不能进行操作。

       2.2 设备安全防护

       镁合金熔炉不能使用含镍的不锈钢，同样熔炼工具也不可使用含镍的不锈钢。炉体最好有双层结构的设计，当内层坩锅破裂时，镁液可流到内外层之间的夹层中，同时报警停止加热，使熔化的镁液不至流到外面造成危险。要经常检查炉子有无锈蚀，如有锈蚀应及时清理。

       镁合金压铸生产过程中，最重要的是保持现场的干燥、干净。每次开机前应将模具预热到150℃以上，喷涂时不要喷涂过多的涂料，以免型腔内积水，引起危险。另外冲头及模具的冷却尽量不要用水冷。冲头的冷却可用风冷，模具的加热及冷却一般用耐高温油。镁合金压铸冲头速度也比铝合金压铸的高，为避免飞料伤人，有时在模具上分型面部位加装飞料挡板。

       2.3 镁合金事故处理

       用于镁合金的灭火剂有干沙、覆盖剂、D级灭火器，这些灭火器材应放置在醒目的地方且便于现场紧急使用，干沙及覆盖剂要存放在容器内预防潮湿，并要经常检查。

       3、劣质镁合金压铸设备可能造成的灾害事故及安全质量问题

        镁合金由于易燃易爆，在压射时又是高压高速，因此对压铸设备的要求较高，劣质的压铸设备存在着潜在的危险。

        压铸作业需将熔化的镁液以70~100米/秒的速度（浇口处）射入模腔成型。由于熔化的镁液易燃易爆，遇氧气剧烈燃烧，遇水爆炸，遇铁锈、含水份的混凝士、含硅的耐火材料等均会起剧烈的反应，且火灾时难以扑灭。火灾一大不能扑救，故对其压铸成套装备的性能、可靠性、安全性要求极高，劣质的设备是极易造成灾害事故的。在摸索应用的过程中，国内外均发生过很多因设备问题造成的重大安全事故。举例如下：

       1998年12月，日本兵库县一压铸工场发生镁熔炉坩埚破裂泄漏事故，大量镁液流出到机器床身和地面，继而发生大火，工场全部烧毁，多人伤亡。

       1999年3月，日本三重县一工场发生熔融镁液泄漏起火事故，镁液由坩埚腐蚀孔中流出，与炉内隔热耐火材料反应起火，车间烧毁。

       1996年至2001年间，陕西西北林机厂采用老式普通冷室压铸机和土法简易熔炉生产镁合金壳体，多次发生重大安全事故。一次高温镁液射入模腔时突发爆炸，炸开锁模机构，火球冲出，使当时正在现场的该厂总工艺师等人受伤；一次熔炉坩埚腐蚀穿孔泄漏起火，白光耀眼，火势迅速扩散，该厂紧急用卡车调运细砂，将机器熔炉全部堆覆，才使火势得到初步控制。

       一般情况下，镁液初始的、小面积的起火尚能采取一些措施扑救，一旦发生大火或蔓延、爆炸，则是无法控制扑救的，将会造成巨大的人员、财产伤亡损失。

       为了保证安全的生产与长期生产使用及恶劣使用条件下的可靠性，对镁合金全压铸设备的质量要求是极高的，与普通机械设备不同，不具备强大综合技术实力的厂家生产的劣质设备，极易造成重大的灾害事故。列举如下：

       1) 劣质坩埚在6500C以上（外层在7000C以上）高温条件下长期生产，外层易迅速氧化，内层因镁液的腐蚀和SF6保护气体的腐蚀也会迅速浸蚀深入，穿孔后熔化的镁液流出起火爆炸将造成重大灾害事故，用传统土法的盖剂保护更会加剧腐蚀进程。

       优质设备的坩埚采用特殊研制的复合材料制成，内层耐腐蚀，外层耐热、耐高温氧化，可避免严重的穿孔事故。

       2) 优质压铸设备的保护气体控制精确、稳定，气体成份、流量稳定均有足够保障，并具有在突发停电、突发事故等情况下的特殊自动保护装置，安全性极高。劣质设备气体成份、流量控制不准确，极易因浓度、流量过低造成熔炉起火或因浓度、流量过高造成熔炉迅速腐蚀、镁液泄漏起火爆炸，并缺少特别情况下的可靠的自动保护措施。

       3) 优质设备采用特殊研制的耐火材料，不与镁液反应，劣质材料采用普通耐火材料，在发生镁液泄漏时易与之发生剧烈反应起火爆炸。

       4) 优质设备采用特殊研制的德国进口热作钢材，能耐高温镁合金的腐蚀，并能在650~7000C高温下保持良好的高温性能如硬度、抗拉强度、屈服强度、韧性、抗蠕变性能和抗回火稳定性。劣质设备采用普通热作钢材，不能耐高温镁合金液的腐蚀并难以保持良好的高温性能，变形、破裂或泄漏后极易造成在高压（400~800kgf/cm2）、高速（70~100m/s）下高温镁合金液的飞溅伤人或爆炸起火事故。

       5) 优质设备对压射系统的控制精确、科学、可靠，劣质设备设计不成熟，采用元件、材料质量低、不可靠，易于发生安全及压铸产品质量事故。优质设备采用优质国际名牌液压元件，工作极为可靠且不漏油。劣质设备采用劣质液压元件，工作不可靠且绝大部分漏油，泄漏的油污与脱模剂喷洒的水分混合形成油水积聚在机器周边，一旦与高温镁液接触即易发生爆炸。

       在设备的综合性能、质量方面，二者更是有着显著的差距。坩埚材质不良、保护气体成份不稳定均会影响合金的成份和性能，造成压铸件的内在质量下降，例如冷、热裂倾向的迅速增加，综合机械性能下降，耐蚀性达不到要求等。压射系统的性能不稳定也会造成铸件内部组织疏松、压铸产品机械性能不稳定及其它各种压铸缺陷。

       劣质的设备生产出的劣质的、不稳定的镁合金产品，将会造成镁合金最终用户的信心缺失，断送我们行业关联各界同仁艰辛培育起来的刚刚启动的镁合金应用市场，将我国刚刚取得进展的具有极强的国际性比较优势的大好前途的镁合金深加工产业拖入低质量、低价格恶性竟争的老路，最终将降底行业技术质量水平，同时也将先去国际市场用户的信赖，失去国际竟争力。

       4、结语：

       镁合金压铸件在汽车制造业中也有广泛的市场和很大应用潜力。由于镁合金压铸件对汽车轻量化、高速、节油等整体功能效果明显，因此受到汽车厂商的高度重视，镁合金铸件每年以20-25%的速度增加。一些典型件，比如方向盘、离合器外壳等有镁合金压铸件取代的趋势，我国由于镁合金压铸的发展时间不长，国内一些厂商进入时还比较谨慎，其实只要拥有优质可靠的镁合金压铸设备，辅以合理的压铸工艺和安全措施，镁合金压铸就很容易成功，而且，镁合金压铸也是很有前景的一项事业。

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