三协立山正在设法增加低成本镁合金小直径坯料(圆柱状铸件)制造技术能够适用的镁合金种类,这种坯料可用来制作镁(Mg)合金小型锻件。
该技术是日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)“镁锻件技术开发项目”(2006~2010年度)中的一部分。其最大特点是能够使镁合金小锻件的材料成本减少一半。
三协立山表示,该技术最初只能使用2~3种镁合金。现在已经增加到了十几种,而且,该公司还在继续设法增加种类。包括正在开发和处于试制阶段的类型在内,适用的镁合金包括通过增加钙(Ca)添加量提高耐热性的类型、通过添加钇改善了耐热性和室温下强度的类型,以及成型性与铝(Al)合金相当的类型等。
设想用来制造的小锻件包括汽车底盘部件、发动机活塞等。在过去,使用镁合金加工这些部件需要连续铸造直径为300mm的大直径坯料,在通过挤压加工制成50~100mm的小直径坯料后,再进行锻造。
镁是稳定的六方晶格,不易进行塑性加工。因此,挤压加工必须一边加热一边缓慢进行,这是导致制造成本增加的因素。该公司表示,大直径坯料的价格约为1000日元/kg(依合金种类有所不同),而挤压棒材则高达3000~5000日元/kg(取决于合金种类)。
三协立山开发的制造技术是向环状的模具中注入镁合金熔融金属,通过边注入边凝固的方式,连续制造小直径(直径50~100mm)坯料。因为能够直接制造小直径坯料,所以成本可以降低到过去的挤压棒材的一半,使价格降低到约1000日元/kg(取决于合金种类)。不过,过去的挤压加工担负着使镁合金结构微细化,提高锻造时的成型性的作用。因此,开发的制造技术必须能够通过铸造,直接制造出成型性良好的铸件。
为此,该公司改进了向模具注入的镁合金熔融金属的冷却方法。过去的冷却方法分两步,首先利用模具冷却熔融金属的表层,脱模后再浇水冷却内部。而现在采用的方法是:(1)使用隔热材料制作模具,尽量防止熔融金属在模具中冷却;(2)脱模后浇水一次性冷却。通过急冷淬火,实现组织的微细化和均匀化,从而提高了成型性。