鎂合金鍛造材料的用途有望擴大，但成本成為其瓶頸。因此，業界為降低成本積極推進新技術的開發。日本產業技術綜合研究所(以下簡稱“產綜研”)的可持續材料研究部門與宮本工業公司(總部：東京)合作開發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。宮本工業預測，憑借這些優點，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，然后在空氣中環境中自然冷卻，由此便可獲得晶體粒徑統一為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，坯料中就會發生應變，發生“動態再結晶”現象。
動態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為約5～10μm(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的鍛造技術發展而來。原來的技術也是利用鍛造加工中發生的動態再結晶現象，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，無法充分發揮低溫鍛造的優勢。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發現，通過將意在引起動態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”。
(關鍵字：鎂合金 低溫鍛造)
