鎂合金密度低，是實際應用中最輕的金屬結構材料，具有比強度和比剛度高、電磁屏蔽效果好、抗震減震能力強、易于機加工成形和易于回收再利用等優點，在航空、航天、汽車、3C産品以及軍工等領域具有廣泛的應用前景和巨大的應用潛力，從而引起了許多國家的政府、企業和研究機構對鎂合金及其成形技術的高度重視,投入了大量人力、财力進行開發研究,并取得了一定的效果。

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鎂的定義

鎂是1828年被發現的銀白色輕金屬，無磁性。原子序數12，化學代号為Mg，電子結構為2-8-2，為六方最密堆積晶體結構。熔點（M.P）為650℃，沸點（B.P）為1107℃（2024.6°F）。為地殼第六豐富之金屬元素，為海水中排名第三之金屬元素，也為地表含量第三之常用金屬元素。工業生産鎂始于1886年的德國，1990年全世界生産235萬公噸。最主要的用途為：鋁合金元素添加，鋼鐵脫硫及除氧劑，以及制造鎂合金。

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鎂的合金元素

最常見的合金元素為鋁（Al）、鋅（Zn）、錳（Mn）。合金的基本原理如下：

鋁（A）：添加3-10%時其硬度與強度随添加比例增加。鎂鑄件含5～10%Al時對熱處理有較佳之響應。

錳（M）：添加少量可改善腐蝕抗，對機械性質效應極少。

鋅（Z）：最多達3%，可改善強度與鹽水腐蝕。Mg-Zn-Zr合金可含6%的鋅，以提供高強度與良好延展性。

稀土元素（RE）或钍（Th）：中高溫強度需求時添加，合金中通常并含鋅與锆，如EZ33A-T5，HK31A-T6。

銀（Ag）：若高溫強度需求時添加，同時可添加稀土元素（RE）、钍（Th）與锆（Zr），如QE22A-T6。

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鎂合金的分類

鎂合金一般按照化學成分、成型工藝和是否含锆三種方式分類。大多數鎂合金都含有多種合金元素，為突出最主要的合金元素，習慣上總是依據最主要合金元素，将鎂合金劃分為二元合金系：Mg-Mn、Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Ag和Mg-Li系。

按成型工藝，鎂合金可分為兩大類，即變形鎂合金和鑄造鎂合金，變形鎂合金和主要鎂合金在成分、組織和性能上存在着巨大的差異。早期的變形鎂合金由于要求其兼有良好的塑性變形能力和盡可能高的強度，對其組織的設計大多要求不含金屬間化合物，其強度的提高主要依賴合金元素對鎂合金的固溶強化和塑性變形引起的形變強化。

依據合金中是否含锆，鎂合金又可分為含锆和不含锆兩大類。Mg-Zr合金中一般都含有另一組元，最常見的合金系列是：Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-Th-Zr和Mg-Ag-Zr系列。不含锆的鎂合金有：Mg-Zn、Mg-Mn和Mg-Al系列。應用最多的是不含锆壓鑄鎂合金Mg-Al系列，含锆與不含锆的鎂合金中均包含變形鎂合金和鑄造鎂合金。

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鎂合金的特點

1.比強度、比剛度均很高，比強度明顯高于鋁合金和鋼，比剛度與鋁合金和鋼相當而遠遠高于工程塑料；

2.彈性模具較低，當收到外力時，應力分布将更均勻，可以避免過高的應力集中，彈性範圍内承受沖擊載荷時，所吸收的能量比鋁高50%左右，所以，鎂合金适宜于制造受猛烈撞擊的零件，此外，鎂合金受到沖擊或摩擦時，表面不會産生火花；

3.良好的減震性，在相同載荷下，減振性是鋁的100倍，钛合金的300~500倍；

4.切削加工性能優良，其切削速度大大高于其他金屬；

5.鎂合金的鑄造性優良，幾乎所有的鑄造工藝都可鑄造成型。

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鎂合金的應用

鎂合金在航空、航天、汽車、3C産品以及軍工等領域具有廣泛的應用前景和巨大的應用潛力。

航天：輕量化是航空航天構件材料的重要發展方向之一。鎂合金是目前實際應用的最輕的金屬結構材料。鎂合金具有較高的抗振能力，在受沖擊載荷時能吸收較大的能量，還有良好的吸熱性能，因而是制造飛機輪毂的理想材料。鎂合金也用于導彈和衛星上的一些部件。

汽車：近年對改善汽車燃油經濟指标提出了更高的要求，而減輕汽車重量一直是實現這一目标的最有效手段。以輕質、可再循環和良好鑄造性能為主要特點的鎂合金，正是滿足這一要求的理想結構材料。

筆記本電腦：銀白色的鎂鋁合金外殼可使産品更豪華、美觀，而且易于上色，可以通過表面處理工藝變成個性化的粉藍色和粉紅色，缺點：鎂鋁合金并不是很堅固耐磨，成本較高，比較昂貴。

數碼相機：一般中高端及專業數碼單反相機都采取鎂合金做骨架，使其堅固耐用，手感好。

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鎂合金成型工藝

鎂合金成形工藝主要可分為液态成形工藝和固态成形工藝。其中液态成形主要包括重力鑄造、低壓鑄造、壓鑄、半固态鑄造、擠壓鑄造等。固态成形又稱塑性加工成形，包括擠壓、鍛造、軋制、沖壓、拉深等。此外，還有一些新型成形技術，如快速凝固/粉末冶金、噴射沉積等。

（1）重力鑄造：鎂合金可以用不同的重力鑄造方法生産，如砂型鑄造、熔模鑄造、金屬模鑄造、半金屬模鑄造、殼型鑄造等。其中鎂合金的砂型鑄造經曆了普通粘土砂、水玻璃砂、自硬樹脂砂的發展階段。采用自硬樹脂砂造型制芯工藝，可以提高鑄件的質量，簡化工藝程序，有利于實現機械化自動化的生産和提高模具使用壽命，并減少有害氣體，是大型複雜鑄件走向精确化的方向。

（2）低壓鑄造：鎂合金一般熱容小、凝固區間大，容易産生裂紋、充填不均勻、偏析和組織粗大等鑄造缺陷，且難以生産大型、薄壁或者結構複雜的鑄件。利用低壓鑄造平穩的充型和順序凝固特點可以生産出優質的鎂合金鑄件。

（3）壓鑄：鎂合金熔點較低（ 純鎂約為650℃） ，凝固潛熱小，凝固速度快，且合金液黏度低、流動性好，特别适于壓鑄生産。但常規壓鑄的零件無法進行熱處理，不能通過時效強化。近幾十年來發展起來的真空壓鑄、充氧壓鑄和半固态壓鑄則可解決該問題。

（4）半固态鑄造：半固态成形是一種新型、先進的工藝方法，與傳統的液态成形相比，具有成形溫度低，模具壽命長，改善生産條件和環境，細化晶粒，減少氣孔，疏松縮孔，提高組織緻密性，提高鑄件質量等優點。半固态觸變注射成形最為成熟，具有工藝簡單、自動化程度高等優點，已廣泛應用于鎂合金生産中。

（5）擠壓：鎂合金塑性較差，适合擠壓成形，一般為溫擠壓和熱擠壓，擠壓溫度通常為300～ 450 ℃。鎂合金擠壓有以下優點：可細化晶粒、通過保留擠壓纖維織構可提高強度、可獲得優良的表面質量及良好的尺寸精度。目前，鎂合金管材、棒材、型材、帶材等産品主要采用擠壓成形。但鎂合金擠壓也存在擠壓速度慢、變形抗力大、擠壓加工後由于形成織構而造成材料力學性能的各向異性等缺點。

（6）鍛造：鎂合金鍛造一般有兩種方式：自由鍛和模鍛。常用來鍛造的鎂合金有ZK 系列和AZ 系列鎂合金。鎂合金鍛件的力學性能通常取決于鍛造過程中所産生的應變硬化程度。鍛造溫度越低，其應變硬化效果越顯着，然而溫度過低時鍛件容易開裂，過高時則氧化嚴重。在傳統的鍛造工藝上發展起來的一項新技術—精密鍛造，可成形流線沿鍛件幾何外形分布的高精度、複雜形狀鍛件，同時能提高鍛件的承載能力。

精密沖鍛成形技術是将沖壓成形與鍛造成形相結合産生的新工藝，是适用于鎂合金成形的很有發展前途的工藝。主要是将加熱後的鎂合金坯料在加熱模具中進行沖壓和鍛造，采用普通機械式鍛壓機床即可，其技術關鍵在于成形模具與成形工藝設計，以及模具溫度、變形率與變形速度等參數控制。與壓鑄和半固态成形工藝比較，該技術具有生産效率高、成品率高和成本低等優點。

（7）軋制：鎂合金的帶材及闆材一般采用軋制成形的方法生産。軋制過程可以細化晶粒，改善鎂合金組織，顯着提高鎂合金的力學性能。軋制溫度是鎂合金軋制過程中的關鍵參數。軋制溫度過低時，高的應力集中可導緻孿晶形核和切變斷裂；軋制溫度過高時，晶粒容易長大而使闆材熱脆傾向增大。

（8）鎂闆：差溫拉深工藝鎂合金室溫塑性變形能力較差，鎂合金闆材在室溫下沖壓成形幾乎是不可能的，即使是高溫下等溫沖壓其成形性仍然較差。通過計算機程序控制，可對鎂闆不同部位根據其深沖時的變形程度進行差溫加熱，并精确控制動态壓邊力，綜合利用鎂合金在高溫時的變形能力和低溫時的加工硬化能力，從而實現在較低的成形溫度下達到更高的極限拉深比。

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