镁合金一体化压铸技术在汽车轻量化方面潜力巨大。但由于镁合金具有活泼的化学性质和较高的热裂倾向，以及一体化压铸件尺寸大、壁厚薄、几何形状更加复杂，成形过程中容易出现孔洞、热裂等各种缺陷，极大地影响了一体化压铸件的性能。本工作在简述压铸镁合金缺陷形成原因及孔洞、缺陷带和热裂3种典型缺陷防治措施的基础上，围绕熔体处理、合金开发、工艺优化和结构设计等方面，概述了镁合金一体化压铸缺陷控制方面的进展和挑战，为高性能镁合金一体化压铸缺陷控制提供了思路和方向。

镁合金，一体化压铸，缺陷，微观组织，工艺

鉴于镁合金一体化压铸件尺寸较大，为优化压铸工艺参数，可依据实际应用需求，提取其典型结构特征进行分析，如图1所示。构建与镁合金一体化压铸件关键局部结构相似且凝固环境相同的小型特征样件，开展特征试件压铸实验，研究压铸充型过程中流场、温度场、应力场的演变特征，研究不同压铸工艺参数下的微观组织、缺陷和力学性能，分析各缺陷的分布特征和形成规律。将数值模拟与铸造实验相结合，建立特征试件的压铸工艺参数-组织-缺陷-性能之间的关系，提出压铸缺陷与性能调控措施，为从整体和宏观上控制镁合金一体化压铸缺陷提供理论依据和工艺指导，实现“局部”与“整体”的有机协同。

在特征试件研究基础上，首先采用工艺仿真研究大型一体化压铸件材料特性-结构参数-工艺参数与温度场、应力场、缺陷的对应关系，初步优化得到模具结构、浇注系统和压铸工艺参数等。然后开展镁合金一体化压铸实验，分析镁合金一体化压铸件典型部位的组织、缺陷、几何尺寸精度特征，结合溶质场、温度场和应力场数值模拟，揭示铸件组织和缺陷的形成机制，获得镁合金一体化压铸件的缺陷控制准则，建立工艺参数-组织缺陷特征-综合性能之间的映射关系，实现外形、组织、缺陷和性能的有效调控和大型复杂镁合金一体化压铸件的高效制备。

图1  基于典型结构特征的“局部”-“整体”协同设计

Fig.1 “Partial”-“whole” collaborative design based on typical structural features

在结构设计方面，一体化镁合金铸件展现出空间跨度大、几何结构复杂、热节点多、壁薄且厚度不均匀等特点，易导致服役应力分布复杂；铸件充型顺序复杂、流动距离长、冷却不均匀，加之铸件不同部位对材料强度、塑性要求不同，若直接沿用现有复杂铸件的空间结构、模具和浇注系统设计，易引发缺陷增多、铸件性能不达标等问题。因此，在大型镁合金一体化铸件设计及制备过程中，需要对镁合金零部件进行再设计，在深入揭示镁合金压铸缺陷控制方法和充分掌握大型铸件铸造要求的基础上，将铸件空间结构、模具和浇注系统与材料综合性能充分结合，从镁合金的材料特性和工艺特性出发，开展大型一体化压铸镁合金产品模具参数设计、过程仿真和结构优化等，实现大型铸件材料-结构-性能一体化设计，如图2所示。

图2  材料-结构-性能一体化优化设计

Fig.2 Optimization designs of material-structure-property integration (UTS—utimate tensile strength, YS—yield strength, EL—elongation)

镁合金一体化压铸技术通过将多构件生产、多构件连接的复杂工艺集成于一体，极大地节约了时间成本和生产制造成本，在汽车轻量化方面具有巨大的潜力。本工作综述了镁合金一体化压铸中的孔洞、缺陷带和热裂等典型缺陷的特征及影响因素，并从熔体处理、合金开发、工艺优化和结构设计等角度探讨了缺陷的控制措施。面对一体化压铸中的各种缺陷，应在深入分析各种缺陷的形成原因、分布特征及影响因素的基础上，结合热动力学计算、模流分析、压铸试验等，建立压铸工艺参数-组织-缺陷-性能之间的关系，并搭配大体积、高质量熔体处理技术和成熟的压铸工艺参数及合理的模具结构，以降低或消除缺陷对构件性能的影响，进而助力大尺寸镁合金一体化压铸件的高质量生产。镁合金一体化压铸缺陷控制方法的发展将为各类大型零部件的一体化生产提供借鉴和指导，为颠覆汽车及相关行业的传统生产制造模式提供可能。

随着工业数字化、智能化的进程不断加快，基于数据驱动的缺陷智能检测、智能系统优化和智能制造等也为压铸缺陷的检测和控制提供了新的思路和方法。在面临一体化铸件各部位铸造条件不均匀、铸造参数与铸件质量映射关系复杂等问题时，基于机器学习的缺陷目标检测等智能算法可以有效提升缺陷的检测精度和准确率。此外，大型、智能化压铸单元的研发和使用将进一步提升铸件的质量与生产效率，相应高端压铸产品带来的更高要求也将进一步刺激镁合金一体化压铸技术的发展，推动镁合金在大型复杂结构领域的进一步大规模应用，加速汽车等领域轻量化目标的实现，助推压铸行业不断螺旋上升。

蒋斌, 张昂, 宋江凤, 黎田, 游国强, 郑江, 潘复生. 镁合金一体化压铸缺陷控制[J]. 金属学报, 2025, 61(3): 383-396.
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