鎂合金鍛造材料的用途有望擴大，但成本成為其瓶頸。因此，業(yè)界為降低成本積極推進新技術的開發(fā)。日本產業(yè)技術綜合研究所(以下簡稱“產綜研”)的可持續(xù)材料研究部門與宮本工業(yè)公司(總部：東京)合作開發(fā)的鎂合金低溫鍛造技術就是其中之一。該技術通過降低鍛造溫度，可獲得諸多好處。

　　該技術事先對鍛造材料的組織實施控制，使晶體粒徑減小至10μm以下，然后使用伺服沖壓工藝在低溫(200℃以下)條件下鍛造。鎂合金一般都是在400℃左右的高溫下鍛造，并使用固體潤滑劑。

　　不過，如果實現200℃左右的低溫鍛造，便可使用容易處理、容易去除的水溶性潤滑劑，并延長模具的壽命。這樣便有望降低鍛造構件成本，提高生產效率。

　　此外，低溫鍛造還可減少為使加熱爐及模具保持溫度而投入的成本，而且溫度膨脹也很小，有助于提高成型后的尺寸精度。宮本工業(yè)預測，憑借這些優(yōu)點，最終有望使目前的鍛造成本削減20～30%。

　　將晶體粒徑減小至10μm以下

　　此次開發(fā)的鍛造技術的工藝流程如下：首先對鍛造用鎂合金實施“均質化處理”，就是將金屬材料加熱至某一溫度并保持一定時間，使合金元素均質分散在材料中。具體操作時，將材料加熱至410℃并保持24小時，然后在空氣中環(huán)境中自然冷卻，由此便可獲得晶體粒徑統(tǒng)一為0.1～0.2mm的金屬組織，這樣便形成了鍛造用的坯料。

　　接下來是使用伺服沖壓機，以5～10mm/s的低速鐓粗加工，將加熱至300℃的坯料加工到壓下率達到10%的程度。這樣，坯料中就會發(fā)生應變，發(fā)生“動態(tài)再結晶”現象。

　　動態(tài)再結晶是金屬在受熱并受到應力變形的過程中，為消除應變能量而重新生成結晶粒的現象，在上述條件下，坯料的晶體粒徑可變?yōu)榧s5～10μm(圖1)*。要想使鍛造實現低溫化，“這樣的組織控制是非常重要的”(產綜研可持續(xù)材料研究部門高級主任研究員齋藤尚文)。對于這種晶體粒徑微細化后的材料，便可在200℃以下的低溫下鍛造。

　　* 晶體粒徑為10μm以下的區(qū)域占整體的95%左右。

　　圖1：300℃的鐓粗加工引起的鎂合金晶粒的變化

　　利用動態(tài)再結晶現象使晶粒微細化。AZ31雖然局部殘留有較大的晶粒，但絕大部分變成了5μm左右的晶粒。AZ61的晶粒雖然比AZ31稍大，但鐓粗加工后也實現了微細化。

　　“雖然還要看坯料的使用場所如何，但顯示出了與鋁合金相同程度的強度和拉伸性”(齋藤尚文)。這樣一來，便可鍛造出圖2中那種、散熱柱的長度達到8mm左右的散熱器。

　圖2：試制的散熱片鍛造品

　　照片中的產品是在150℃下鍛造AZ31鑄造材料制成的。在300℃條件下對經過均質化處理的坯料進行鐓粗加工后，切割材料并鍛造。散熱片的尺寸為，底部邊長30mm左右、厚度3.5mm，散熱柱2mm見方、高8mm。用AZ61也可順利鍛造。

　　通過分割工序來降低溫度

　　該技術由2006～2010年產綜研和日本素形材中心共同開發(fā)的鍛造技術發(fā)展而來。原來的技術也是利用鍛造加工中發(fā)生的動態(tài)再結晶現象，將鍛造材料的晶粒微細化至10μm以下，從而實現了低溫鍛造。加工時，一開始就對加熱至300℃的坯料進行低速下壓，引起動態(tài)再結晶現象，然后直接進入鍛造工序實施成型。也就是說，從動態(tài)再結晶到鍛造的過程是用一道工序來處理的。

　　不過，由于是在300℃下鍛造，因此仍然要使用固體潤滑劑，無法充分發(fā)揮低溫鍛造的優(yōu)勢。此外，鐓粗與鍛造使用同一模具，因此能夠鍛造成型的形狀也很有限。

　　而產綜研和宮本工業(yè)發(fā)現，通過將意在引起動態(tài)再結晶現象的低速鐓粗工序與鍛造工序分開，還能將鍛造時的溫度下降100℃左右。

　　擴大適用材料的范圍

　　目前來看，已確認能夠在200℃以下的溫度鍛造的鎂合金只有AZ31及AZ61。今后，產綜研和宮本工業(yè)還將研究如何使鍛造性差的AZ91以及添加有鈣的阻燃性鎂合金實現低溫鍛造。尤其是后者，由于鈣含量多的話加工效率就會下降，因此將尋找能夠在保持阻燃性的情況下減少鈣的含量，從而提高加工效率的方法。

　　同時，產綜研和宮本工業(yè)還將努力實現溫度進一步降低的100℃以下的鍛造。這樣便有望進一步提高生產效率，降低成本。如果能夠達到冷鍛水平，“還可替換目前使用鋁合金及鋼制造的鍛造品，有望向汽車等廣泛領域推廣”。