鎂合金壓鑄中，縮水（縮孔 / 縮松） 與開裂是關聯性較強的典型缺陷：縮水源于凝固時體積收縮未得到充分補縮，而開裂多因縮水引發局部應力集中、冷卻不均或材料脆性導致。鎂合金的特性（熔點低、導熱快、塑性較差）使這兩種缺陷更易出現，需從 “凝固控制、應力釋放、材料適配” 三大核心方向構建全流程規避方案，具體分為以下 6 個維度：

一、優化模具設計：引導順序凝固，減少應力集中（核心基礎）

模具是控制縮水與開裂的源頭，需針對鎂合金 “導熱快、凝固快” 的特點，通過結構設計實現 “補縮充分、冷卻均勻、無應力死角”：

1. 強化補縮結構設計（規避縮水）

采用 “順序凝固” 原則：通過壁厚梯度、冒口與冷鐵配合，引導金屬液從 “薄壁→厚壁→冒口” 逐步凝固，確保厚壁熱節區域（縮水高發區）能獲得持續的金屬液補縮。

冒口設計：鎂合金補縮距離短（約為鋁合金的 70%），需將冒口緊貼熱節（如鑄件壁厚≥8mm 的區域），冒口體積需為熱節體積的 1.5-2 倍（大于鋁合金冒口比例），且采用 “暗冒口 + 保溫套” 減少冒口自身凝固速度，延長補縮時間。

冷鐵應用：在鑄件薄壁與厚壁過渡處設置外冷鐵（如銅制冷鐵），加速薄壁區域冷卻，強制引導金屬液向厚壁熱節流動，避免厚壁先凝固導致縮水。

優化澆道系統：

主澆道需 “短而粗”（直徑≥10mm），分流道避免彎曲，減少金屬液在流動中的溫度損失（鎂合金導熱快，溫度下降 10℃即明顯影響流動性）；

內澆口需對準熱節區域，且截面積需足夠大（內澆口速度控制在 25-40m/s，低于鋁合金），確保補縮金屬液能快速到達收縮區域，避免 “斷流補縮”。

2. 減少應力集中設計（規避開裂）

消除尖角與壁厚突變：鎂合金塑性差（常溫延伸率僅 2-5%），尖角處易形成應力集中（開裂風險提升 30% 以上），需將所有轉角設計為R≥1.5mm 的圓角；壁厚差控制在≤2:1，過渡區域采用 30°-45° 的傾斜面漸變，避免冷卻速度差異過大引發內應力。

優化脫模與抽芯結構：復雜鑄件（如深腔、側孔）需采用 “多段抽芯”，避免強制脫模導致局部拉裂；拔模斜度需比鋁合金大（單側≥1.5°，薄壁件≥2°），減少鑄件與模具的摩擦應力。

強化排氣系統：型腔內的氣體（空氣、涂料揮發氣）會阻礙補縮并形成氣孔，間接引發縮水和應力集中。需在液流末端、封閉區域設置排氣槽（深度 0.03-0.08mm，窄于鋁合金，防止鎂液飛濺），或采用排氣鑲件，確保排氣效率≥95%。

二、精準控制壓鑄工藝參數：平衡補縮與冷卻（關鍵執行）

鎂合金對工藝參數敏感度極高（如溫度波動 ±10℃即可能引發缺陷），需圍繞 “延長補縮窗口、減緩冷卻不均” 調整核心參數，具體如下表：

參數類別 控制要點（以 AZ91D 鎂合金為例） 目的

金屬液溫度 650-680℃（比鋁合金低 30-50℃），波動范圍≤±5℃ 保證流動性，避免過高導致氧化燃燒，過低導致流動性不足、補縮失效

壓射速度 慢壓射：0.2-0.5m/s（平穩充型，防卷氣）；快壓射：2-4m/s（內澆口流速 30-35m/s） 減少液流降溫，確保金屬液充滿型腔，同時避免高速飛濺引發的局部縮水

壓射壓力 比壓 80-120MPa（高于鋁合金 20-30%），保壓壓力 60-100MPa 利用高壓抵消鎂合金大體積收縮（凝固收縮率約 4.5%，高于鋁合金），強制補縮

保壓時間 厚壁件（≥10mm）：2-3s；薄壁件（≤5mm）：0.8-1.5s 確保凝固過程中持續補縮，避免凝固后期因壓力消失形成縮松

模具溫度 整體 200-280℃（高于鋁合金 50-80℃），熱節區域單獨加熱至 280-320℃，薄壁區域冷卻至 200-220℃ 延緩熱節區域凝固速度，留足補縮時間；避免薄壁區域過冷導致應力集中

脫模溫度 鑄件出模溫度控制在 250-300℃（高于鋁合金 100℃以上），禁止低于 200℃出模 利用鎂合金高溫塑性（250℃時延伸率可達 10% 以上），減少脫模時的冷應力開裂

工藝調試邏輯：

若先出現縮水：優先提升 “保壓壓力 + 保壓時間”（各增加 10-20%），觀察縮水是否減少；無效則提高金屬液溫度（+10-15℃）或模具熱節區域溫度（+30-50℃）。

若先出現開裂：優先檢查模具圓角 / 拔模斜度（不足則修模），再降低冷卻水路溫度（減少冷卻不均）或延長脫模延遲時間（讓鑄件緩冷至目標溫度）；若為熱裂（高溫下開裂，伴隨氧化色），需降低金屬液溫度（-10-15℃）。

三、嚴格管控材料與熔煉工藝：保障流動性與抗裂性（基礎前提）

鎂合金的純度、成分與熔煉質量直接影響其補縮能力和抗裂性，需重點控制：

1. 控制合金成分與純度

核心成分穩定：以常用的 AZ91D 為例，需確保 Al（8.5-9.5%）、Zn（0.45-0.9%）含量在標準范圍內 ——Al 可提升流動性和強度，Zn 可細化晶粒；嚴格限制雜質含量：Fe≤0.005%（Fe 會形成脆性相 Mg??Al??Fe，降低抗裂性）、Ni≤0.001%、Cu≤0.03%。

回爐料比例≤30%：鎂合金回爐料（澆口、廢品）需徹底清理表面氧化皮（用鋼絲刷去除 MgO 層），且回爐次數≤2 次（多次回爐會導致雜質累積）；禁止混入鋁合金廢料（會引入高 Fe、Cu 雜質）。

添加稀土元素（可選）：對要求高抗裂性的鑄件（如汽車結構件），可在合金中加入 0.5-1.0% 的 Y（釔）或 Nd（釹），細化晶粒、改善高溫塑性，減少開裂風險。

2. 優化熔煉與保護工藝（鎂合金易燃燒氧化，關鍵防控點）

全程氣體保護：熔煉時必須通入SF?+N?混合保護氣體（體積比 1:99），防止鎂液燃燒（無保護時鎂液在 600℃以上即劇烈燃燒，形成 MgO 夾雜）；保護氣體壓力控制在 0.02-0.05MPa，確保覆蓋液面無死角。

低溫熔煉 + 精煉除雜：熔煉溫度控制在 680-700℃（避免高溫加劇氧化），加入 0.2-0.5% 的精煉劑（如 MgCl?-KCl 混合鹽），攪拌 10-15min，去除氧化夾雜物（MgO 會阻礙金屬液流動，導致補縮失效和界面開裂）。

徹底除氣：采用 “旋轉噴吹除氣法”（通入 Ar 氣），除氣時間 15-20min，確保鎂液含氣量≤0.1ml/100gMg（氣體在凝固時膨脹，會擠壓金屬液，導致補縮不足引發縮水）。

四、強化內應力控制：從工藝到后處理（開裂專項防控）

鎂合金內應力主要源于 “冷卻不均” 和 “相變收縮”，需通過工藝優化和后處理雙重消除：

優化冷卻水路布局：采用 “分區冷卻”，熱節區域水路間距放大（30-40mm）、水流速度減慢（0.5-1m/s），薄壁區域水路間距縮小（15-20mm）、水流速度加快（1-1.5m/s），確保鑄件各區域溫差≤30℃（溫差過大易產生熱應力）。

控制脫模節奏：設置 “脫模延遲時間”（1-2s），待鑄件表面溫度降至 300℃以下再頂出；頂出機構需采用 “多頂針均勻分布”（頂針間距≤50mm），避免單點受力過大導致局部開裂。

后處理消除內應力：

對復雜鑄件（如多腔、深腔件），脫模后立即放入200-220℃的緩冷爐中保溫 1-2h，隨爐冷卻至室溫，可消除 60-80% 的熱應力；

關鍵件需進行 “時效處理”：120-160℃保溫 2-4h，既能消除內應力，又能通過析出相（Mg??Al??）提升強度，減少使用過程中的開裂風險。

五、規范模具維護與涂料使用：穩定工藝一致性

模具維護：

定期清理模具型腔（每生產 500-1000 件），去除殘留的氧化皮和涂料結垢（結垢會影響傳熱，導致局部冷卻不均）；

檢查冷卻水路是否堵塞（每生產 2000 件用檸檬酸溶液清洗），確保水流順暢；加熱棒需定期校準（誤差≤±5℃），避免熱節區域溫度失控。

涂料選擇與噴涂：

選用鎂合金專用水基涂料（如氧化鋅基涂料），禁止使用油性涂料（揮發氣多，易引發氣孔和縮水）；

噴涂需均勻（厚度 8-15μm），熱節區域可適當減薄涂料（利于傳熱，延緩凝固），薄壁區域略增厚（避免過快冷卻）；噴涂后需烘干（150-200℃烘干 5-10min），防止涂料水分在型腔內汽化。

六、缺陷檢測與閉環優化：持續改進

缺陷檢測：

縮水檢測：采用 “X 光檢測（RT）” 排查內部縮孔 / 縮松（重點檢測熱節區域），要求縮孔直徑≤0.5mm 且單個熱節區域縮孔數量≤2 個；

開裂檢測：采用 “滲透檢測（PT）” 檢查表面裂紋（可發現≥0.02mm 的微裂紋），復雜件需結合 “超聲檢測（UT）” 排查內部隱性裂紋。

閉環優化：

記錄缺陷位置（如熱節處縮水、圓角處開裂）、生產批次和工藝參數，建立 “缺陷 - 參數” 關聯表；

針對高頻缺陷（如某型號鑄件持續出現澆口附近開裂），反向優化模具（如增大澆口圓角）或工藝（如降低澆口區域冷卻速度），并通過小批量試產驗證效果，形成閉環。

總結：鎂合金壓鑄規避縮水開裂的核心邏輯

鎂合金的 “高導熱、快凝固、低塑性” 特性是缺陷產生的根本原因，控制需圍繞兩大核心：

針對縮水：通過 “模具順序凝固設計 + 高保壓工藝 + 充足補縮通道”，確保凝固過程中金屬液能持續填充收縮空間；

針對開裂：通過 “消除應力集中結構 + 均勻冷卻 + 高溫脫模 + 后處理去應力”，減少內應力累積，利用鎂合金高溫塑性降低開裂風險。