鑄錠凝固時，隨著冷卻速度的加大，減小了脆性溫度區(qū)間，提高了固液區(qū)的金屬的塑性，有利于減少熱裂紋。晶粒粗大的凝固著的錠的脆性溫度也較大。過熱合金熔體將使晶粒粗化，加大脆性溫度范圍，降低合金的塑性，從而加大脆性敏感性。
　　晶粒形狀也對脆性區(qū)范圍和固液區(qū)的塑性大小有影響，柱狀晶的不但脆性區(qū)較大，且其固液區(qū)的塑性也較低，因而易形成熱裂紋。
　　鑄造速度、鑄造溫度、冷卻強(qiáng)度、鑄錠尺寸及形狀都對鑄錠凝固速度有著直接影響，因而直接影響鑄錠的內(nèi)應(yīng)力、脆性區(qū)大和固液區(qū)的塑性。在鑄造鎂合金錠時，不能同時不適當(dāng)?shù)丶哟箬T造速度與冷卻強(qiáng)度，否則會加大熱裂紋敏感性。鎂合金有較大的熱裂紋敏性，裂紋的分布形式主要與工藝條件有關(guān)，常見形式有表面裂紋和發(fā)狀裂紋。
　　冷裂紋
　　鑄錠中的冷裂紋是在凝固以后形成的，是當(dāng)鑄錠冷卻到低于不平衡固相線溫度以下時，由于鑄錠收縮困難造成的，即取決于當(dāng)時鑄錠的內(nèi)應(yīng)力大小和塑性高低。鑄造應(yīng)力可分為熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和收縮阻力。在連續(xù)鑄造時，鎂合金的相變應(yīng)力可不考慮，主要是其余的兩種應(yīng)力，但是收縮力也不大，同時可調(diào)控，因此，熱應(yīng)力是主要的，所以冷裂紋取決于在固態(tài)時鑄錠內(nèi)部熱應(yīng)力的大小和塑性高低。
　　熱應(yīng)力的產(chǎn)生是由于鑄錠內(nèi)外各層間的收縮不同步與收縮系數(shù)的相異，例如直徑530mm MB15合金圓錠，在鑄造速度為33.6cm/min時，中心部分的平均冷卻速度為48℃/min，而外表層的為58℃/min，這種差別必然導(dǎo)致收縮系數(shù)不一樣，另外各層的收縮時間也不同步，表皮先收縮，中心后收縮，這就會使鑄錠內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。一旦這種熱應(yīng)力超過鑄錠的屈服Rp0.2，就會形成冷裂紋。
　　熱應(yīng)力大小除與線膨脹系數(shù)α及溫差有關(guān)外，還與合金的正彈性模E有關(guān)，鎂合金的E小，只有45000N/mm2，熱應(yīng)力也會小一些。另外，在鎂合金鑄造過程中所允許的結(jié)晶速度較低，產(chǎn)生的熱應(yīng)力不大，故鎂合金鑄錠產(chǎn)生冷裂紋的幾率不高。

面聊了鑄造鎂合金的熔煉，現(xiàn)在來談?wù)勛冃捂V合金的熔煉。熔煉變形鎂合金多用反射爐，其爐型與鋁合金熔煉的相當(dāng)。鎂合金的熔煉過程為：烘爐、洗爐、配料、裝爐、熔化、扒渣、加合金元素、轉(zhuǎn)爐、精煉、靜置。
　　烘爐
　　新筑砌爐和中修反射爐在熔煉前烘爐。嚴(yán)格按烘爐曲線進(jìn)行烘爐，時間不短于264h：由室溫緩慢地在109h內(nèi)升至300℃，在300℃保溫24h，然后均勻地在25h內(nèi)升至400℃，保溫48h，再在58h內(nèi)升至900℃完成烘爐。超過240h的停爐后也務(wù)必烘爐，時間不短于72h。烘爐很重要，對爐的壽命有重要影響。
　　洗爐
　　新爐與中修后的反射爐在使用前都要進(jìn)行一次洗爐，以防合金雜質(zhì)含量升高與去除磚縫中的一部分非金屬夾雜及氣態(tài)夾雜物，在所熔煉合金轉(zhuǎn)組時也應(yīng)洗一次爐，例如由熔煉Mg-Al-Zn-Mn系合金轉(zhuǎn)熔Mg-Mn系或Mg-Zr系合金，由Mg-Mn系合金轉(zhuǎn)熔Mg-Zr系合金都要洗爐。洗爐用重熔用鎂錠或熔劑，裝爐量達(dá)爐容積的1/2處，升溫至760℃~800℃，充分?jǐn)嚢鑳纱?，靜置幾分后放盡。
　　配料
　　按車間配料標(biāo)準(zhǔn)配料，所有原輔材料務(wù)必清潔干燥，無混料，復(fù)化料一般不大于40%，所用的鎂錠、鋁錠、鋅錠、混合鈰稀土、鋯氟酸鉀、氯化錳等的品質(zhì)與化學(xué)成分都應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
　　裝爐、熔化及扒渣
　　裝爐前與爐底均勻地鋪一層粉狀二號熔劑（質(zhì)量%：38~46Mgcl2、32~40KCl、5~8BaCl2、3~5CaF2），然后裝料，先裝碎的，后裝鎂錠，后裝大塊廢料，裝得盡可能密實平整，裝完后撒一層薄的二號熔劑，升溫熔化，爐內(nèi)氣氛應(yīng)呈微還原性。
　　在熔煉過程中應(yīng)嚴(yán)防鎂的燃燒，一旦燃燒，立即用二號熔劑熄滅。爐料化平后，扒次渣，扒渣宜平穩(wěn)，熔體溫度升到750℃~770℃時扒第二次渣，渣要把扒盡，但又盡可能地不帶出或少帶出溶融鎂。扒完渣后攪拌一次，靜置幾分鐘后取樣分析，取樣溫度（℃）：MB1、MB8合金的780~800，MB2、MB3、MB5、MB7合金的720~740，MB15合金的780~800。在熔煉過程中按有關(guān)規(guī)程加入合金化元素，但鋁錠、鋅錠可隨同爐料一起裝料，生產(chǎn)MB15合金時，可用純鋯鹽，也可用混合鋯鹽（K2ZrF6+CaF6+LiCl）或Mg-Zr中間合金加鋯，加純鋯鹽（K2ZrF6、K2ZrCl6、ZrCl4）時熔體溫度900℃~920℃，以后兩種方式加鋯的溫度800℃~920℃。
　　轉(zhuǎn)爐
　　經(jīng)爐前化學(xué)分析熔體成分合格溫度為750℃~780℃時即可進(jìn)行轉(zhuǎn)爐，裝熔體轉(zhuǎn)入靜置爐進(jìn)行精煉。轉(zhuǎn)爐方法有：靜壓差法，適于兩個爐膛不位于同一水平上，打開流口，熔體便可自動流出；虹吸法；離心泵法；電磁泵法。中國當(dāng)前多用種方法。
　　精煉
　　鎂合金熔體總或多或少地含有一些非金屬夾雜物和氣體（主要是氫），因此進(jìn)行精煉，以去除這些異物，提高合金的各項性能。精煉溫度730℃~760℃，精煉熔劑用量為約10kg每噸鎂合金熔體，精煉時間約10min。
　　除Mg-Li合金外，其他合金均可以用五號熔劑（質(zhì)量%）精煉：20~35MgCl2、16~29KCl、8~12BaCl2、14~23MgF2、0.5~8.0BaO3。精煉后向熔體表面撒一層精煉劑，靜置60min后鑄造。
　　含鋯的鎂合金不用含Al和Mn的氟化物的熔劑精煉，可用四號熔劑；不采用二號熔劑精煉Mg-Mn系和Mg-RE系合金，因為會有熔劑夾雜存在。應(yīng)盡量縮短含鋰和稀土合金的熔煉與精煉時間，以減少燒損，必要時還要補料。對熔煉爐與靜置爐應(yīng)及時清爐，熔煉爐轉(zhuǎn)爐完了和靜置爐鑄造終了都要清爐。用五號熔劑的精煉時間不短于60min，它可用于精煉所有的變形鎂合金。

中國在發(fā)展鎂合金方面特別是對鎂-稀土合金的研發(fā)居世界地位，受到全球刮目相看，除了前面談的一些成就，主要成就還有：
　　低成本非稀土鎂合金
　　目前發(fā)展的新型鎂合金的85%以上都或多或少含有稀土，它們的價格昂貴，提高了合金的價格，使其身價倍增，但在性價比上卻大打折扣，推廣應(yīng)用不易。因此，研發(fā)低成本非稀土型的鎂合金顯得非常必要，中國在發(fā)展這類合金方面也取得了非凡的成就，，如上海交通大學(xué)的ASZ511Sb合金、AT72合金、AX51合金。
　　ASZ511Sb（Mg-5Al-1Zn-1Si-0.6Sb）合金，它是一種金屬型重力鑄造合金，不含合金元素，其主要合金元素為鋁、鋅、硅，還含有少量的銻與微量的稀土，用于金型重力鑄造，鑄件的室溫屈服強(qiáng)度95N/mm2，抗拉強(qiáng)度Rm=235N/mm2，伸長率A=12%。合金的顯微組織為α-Mg+共晶體，其晶體中的Mg2Si呈漢字狀，Sb的加入顯著細(xì)化了Mg2Si，使它成為均勻分布的顆粒。該合金在200℃、50N/mm2條件下的抗蠕變強(qiáng)度與稀土耐熱鎂合金AE42（Mg-4Al-2RE-0.2Mn）合金的相當(dāng)，因此可以在100~150℃的溫度下長期工作。該合金在5%NaCl鹽霧試驗時的腐蝕速率比AZ91D合金的低10%。
　　AT72鑄造鎂合金也是上海交通大學(xué)研發(fā)的，用于金屬型重力鑄造，以鋁、錫為主要合金元素，還含有鋅、錳、稀土等微量元素，金屬型重力鑄件的室溫屈服強(qiáng)度Rp0.2=90N/mm2，抗拉強(qiáng)度Rm=225N/mm2，伸長率A=7%。鑄態(tài)合金的顯微組織以α-Mg固溶體為基體，其中分布著離異共晶Mg17Al12和少量的Mg2Sn，固溶處理后，Mg17Al12溶入基體，但仍有少量的Mg2Sn相。該合金的鋁含量不多，有較好的壓鑄成形性能，與AZ91D合金的相當(dāng)，但因鋁的含量少，僅7%，重力鑄件的時效強(qiáng)化效果較弱。AT72-T5合金壓、鑄件的室溫力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度Rp0.2=125N/mm2，抗拉強(qiáng)度Rm=225N/mm2，伸長率A=4.5%。該合金的抗腐蝕性能與傳統(tǒng)AZ91D合金的相當(dāng)。
　　AX51合金是一種壓鑄合金，以Al、Sr為主要合金元素，Ti為次要合金元素，是上海交通大學(xué)研制的，重力鑄件的典型組織為α-Mg+共晶體（α-Mg+Al4Sr），含鈦的Mg-5Al-1Sr合金的顯微組織發(fā)生了明顯的變化，晶界上的共晶組織由粗大的層片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钆c短棒狀，因而力學(xué)性能有較大提高。AX51合金壓鑄件的典型力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度Rp0.2=138N/mm2，抗拉強(qiáng)度Rm=270N/mm2，伸長率A=7%。Mg-5Al-1Sr-Ti合金在175℃/70N/mm2的穩(wěn)態(tài)拉伸蠕變速率比不含Sr、Ti合金的小1個數(shù)量級。

鎂合金的是一類前景廣寬的功能材料，典型的功能材料為：鎂儲氫材料、醫(yī)用鎂材、阻尼鎂材、鎂電池材料、鎂陽極材料等。功能鎂合金是一類新型的高技術(shù)材料，是鎂產(chǎn)業(yè)的一個新領(lǐng)域，是世界材料工作者關(guān)注的重要焦點之一。鎂合金是一類可降解新型醫(yī)用材料，具有的優(yōu)勢和潛力。
　　在常壓與約250℃時鎂與H2可形成MgH2，而在低壓與重高溫度下又能釋放氫，因而是一類有效的儲氫材料，純鎂的儲氫率高達(dá)7.6%，即10kg鎂中可以儲存0.76kg氫，把氫儲存在合金中，可以控制釋放速度，使用安全性。
　　鎂的電極電位低，具有非常的電化學(xué)性能，可以作為一次電池與二次電池的電極，可用于制造各種高容量電池，鎂與鋰的物理化學(xué)性能相似，但鎂電池，對環(huán)境友好，安全性高、易操作，資源豐富，價格合理，作為電池材料具有的優(yōu)勢。目前商用鎳氫電池的儲氫材料為LaNi5，儲氫量僅約1.4%，比容量約330mAh/g，限制了鎳氫電池的應(yīng)用的推廣。上海交通大學(xué)通過向LaNi5添加少量Mg，大大提高了其電化學(xué)容量，其比容量達(dá)到400mAh/g，并有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

用儀表板橫梁通常采用鋼管和鋼板沖壓件組合焊接制造，此類鋼制儀表板橫梁總成的組成零件數(shù)量多，需要焊接組裝，不利于尺寸控制，且整體重量大，不符合輕量化理念。而根據(jù)文獻(xiàn)報道，采用鎂合金壓鑄的儀表板橫梁可減重50%以上，輕量化效果非常明顯。主要是因為鎂合金是目前應(yīng)用的金屬結(jié)構(gòu)材料中輕的，具有密度小，比強(qiáng)度和比剛度高，阻尼性、切削加工性和鑄造性能好等優(yōu)點，因此鎂合金儀表板橫梁在國外汽車產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。
　　本文主要從設(shè)計選材、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能驗證等方面，簡要介紹AM60B鎂合金在奇瑞某車型的儀表板橫梁上的應(yīng)用情況。
　　鎂合金儀表板橫梁的特點
　　鎂合金儀表板橫梁與鋼制儀表板橫梁相比具有以下特點：
　?。?）輕量化 鎂合金的密度為1.78g/cm3，僅為鋼密度的1/4，減重在50%以上。
　?。?）零件集成化程度高，尺寸穩(wěn)定 與鋼制件相比，鎂合金儀表板橫梁采用整體壓鑄的生產(chǎn)工藝，可以把傳統(tǒng)鋼質(zhì)CCB的20多個零件集成為一個件。
　?。?）安裝尺寸精度高 由于采用整體壓鑄，尺寸精度很高，所有的尺寸公差都可以控制在0.5mm以內(nèi)，解決目前鋼骨架安裝過程中的干涉和異響等問題。
　?。?）設(shè)計靈活 由于采用壓鑄工藝，產(chǎn)品工藝性好，零件形狀的設(shè)計自由度大。
　?。?）綠色環(huán)保 鎂合金材料可以回收利用。
　　鎂合金的選擇
　　目前鎂合金的種類有很多，汽車工業(yè)采用較多的是AM系和AZ系合金，常用鎂合號主要有AM60B和AZ91D。其中AM60B的鋁含量較低，由于隨著鋁含量的降低，材料的韌性逐漸增高，故與AZ91D相比，AM60B的韌性和塑性較好。AM60B是高純牌號，因此具有和AZ91D一樣優(yōu)良的耐蝕性能，且與A380鋁合金相比，耐蝕性更加。
　　本文所介紹的儀表板橫梁形狀復(fù)雜、體積龐大而且壁厚不均，要求承載各種儀表儀器，因此需具有較高的韌性和強(qiáng)度。通過綜合考慮AM60B和AZ91D的性能以及參考有關(guān)文獻(xiàn)資料，終決定選用AM60B（性能見表1）作為制造儀表板橫梁的材料。
　　表1 AM60B鎂合金的化學(xué)成分和物理性能

鎂合金零件早期采用金屬型重力鑄造，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，由于鎂合金的熔點低、密度低，大多數(shù)合金的流動性比較好，且比熱容低，容易獲得較高的冷速，因而在適中的壓力下可以獲得理想的鑄件。根據(jù)相關(guān)報道，奧迪某款車型的鎂合金儀表板橫梁，在裝有自動澆注機(jī)構(gòu)的鎖模力為24.5MN的冷室壓鑄機(jī)上成功實現(xiàn)壓鑄，因此本文介紹的鎂合金儀表板橫梁采用冷室壓鑄是完全可行的。
　　針對儀表板橫梁的結(jié)構(gòu)性能要求，結(jié)合AM60B的疲勞性能對內(nèi)在缺陷非常敏感的特點，儀表板橫梁的壓鑄工藝過程中要求壓鑄過程充型平穩(wěn)，實現(xiàn)順序凝固，避免各種鑄造缺陷的發(fā)生。這樣才能在得到缺陷少、品質(zhì)高的鑄件的同時，提高生產(chǎn)效率，也為實現(xiàn)新材料在儀表板橫梁上應(yīng)用奠定了工藝基礎(chǔ)。