鎂合金鍛造全指南：工法、優勢與產業應用一次掌握

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1. 鎂合金鍛造的市場趨勢與機會

全球對輕量化的極致追求

面對能源轉型、淨零碳排與電動車普及等趨勢，如何在不犧牲強度的情況下減輕重量，成為設計工程師的核心命題。而鎂合金憑藉其極低密度（1.74 g/cm³）與良好加工性，已成為鋁合金之外的首選輕量化金屬材料。

四大主力產業應用概況：

航太產業：如波音與空中巴士開始將鎂合金導入座艙框架、機翼內部結構件等，達成每公斤節省即等於數萬美金燃油費的目標。
汽車製造：車體結構件如 A/B 柱加強板、方向盤骨架等日益採用鎂鍛件，減重可達20%-40%。
3C電子產品：筆電、平板與智慧手機內構逐步汰換鋁合金，提升抗干擾與耐用性。
醫療產業：生物相容性與可吸收性使其成為新一代可降解植入物（如骨螺釘、夾板）材料首選。

延伸趨勢：中國、美國、日本及德國皆投入半固態鎂鍛造自動化開發，未來 5 年預計導入量產線。

2. 鎂合金材料特性概覽

鎂合金的材料物理與機械特性比較

材料	密度 (g/cm³)	比強度	延展性	耐蝕性	成本
鎂合金	1.74	高	中	中-低	中
鋁合金	2.70	中	高	高	中-高
鈦合金	4.50	高	低	極高	極高
碳纖維複材	~1.55	非常高	低	中	非常高

常用鎂合金介紹與選材建議

AZ91D：高鑄造性，耐蝕處理後適用於筆電殼、相機內構。
AM60：優異韌性與耐衝擊性，廣泛應用於汽車碰撞防護件。
ZK60：鍛造性能佳，適用於結構承重元件與航太件。
WE43：含稀土元素，具高強度與高溫穩定性，常用於 F1 賽車與航太零件。
MRI 230D：新型高溫鎂合金，適用於需承高熱環境的汽車零組件。

3. 鎂合金鍛造工法解析

熱鍛（Hot Forging）

常見溫度範圍：350°C~480°C。
加工性佳，可製成複雜幾何件。
缺點為氧化嚴重與模具損耗高，須控制氣氛與潤滑系統。

溫鍛與冷鍛

冷鍛由於鎂合金塑性限制，不常見。
溫鍛為介於熱鍛與冷鍛間的折衷選項，可達成中高精度與良好機械性質。
特別適用於 AM60 或 ZK60 材料。

半固態鍛造（Thixo-forging）

利用液-固混合狀態進行成形，降低流阻與鍛壓力。
可整合流道與結構件一次鍛成。
挑戰為設備成本與模具冷卻控制，但可高度減少缺陷率。

4. 鍛造前設計考量

設計階段關鍵參數：

模具設計壽命：需使用耐熱、高韌性工具鋼，如 H13 或 ESR H11。
壓縮比與應變速率：建議維持在 4~6 倍範圍內，以防止裂縫與應力集中。
FEA 分析要點：

溫度場分布模擬（熱流分析）
鍛壓荷載預測（壓力、速度影響）
模腔填充與缺陷預測（皺摺、熔核）

5. 製程步驟詳解

坯料準備與均質化處理
- 常用為鑄棒或壓延片材，需經 400°C、8~12 小時均質處理。
預熱曲線與等溫保持
- 坯料與模具需同步升溫，模具溫度建議控制於250~300°C間，避免過冷現象。
鍛壓與充模階段
- 常採閉模或半閉模鍛壓，壓力速度需逐段遞增。
- 部分高階產線結合感應加熱與伺服鍛造技術。
去毛邊與熱處理
- 鍛造完成後進行冷卻、修邊與T6時效處理（固溶 + 人工時效），提升耐疲勞性能。

6. 常見缺陷與解決方案

缺陷	成因	解決對策
熔核	模具冷卻不均、填充速度過快	加強模具溫度監控、降低初始鍛造速度
內部裂縫	受力不均、壓縮比設計不良	增加導圓角、優化坯料尺寸與鍛造行程
表面皺摺	模腔充填不完整、潤滑不足	改進模腔流道設計、使用高效石墨或氟素潤滑劑
氣孔與夾雜	坯料處理不完全、模具未除氣	提前進行真空脫氣與坯料均質處理

7. 表面處理與後加工

去應力退火（300350°C，13 小時）：消除殘餘應力，避免後加工翹曲。
陽極處理：適用於提高抗蝕性與噴塗前表面親合力。
鏡面拋光技術：需分段使用砂紙拋光、機械鏡面處理與電解拋光等複合技術。

8. 品質檢驗與測試標準

無損檢測 NDT：

超音波檢測：快速偵測內部裂縫與氣孔。
工業 X 光掃描：檢查熔核與介面缺陷。

機械性質試驗：

拉伸（ASTM E8）、疲勞測試（ASTM E466）。

國際認證參考：

ASTM B91 – 鎂合金鍛件規範
AMS 4376 – AZ91D 鍛件規範
AS9100 – 航太等級品質管理認證

9. 選擇合適鍛造供應商的 5 大指標

模具與鍛造設備能力：是否具備 600~1600 噸級油壓與感應加熱配套。
年產能與交期：具備單日 1,000 件以上產能者，可承接量產需求。
品保與文件能力：是否可提供 PPAP、FAIR、IMDS 等文件。
技術支援能力：是否具備工程協作、可協助前期可行性分析與模流模擬。
材料追溯與風險控管能力：可完整提供爐號、原料來源與熱處理追蹤紀錄。

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10. 鎂合金鍛造 FAQ 與設計建議

Q1：一件鎂合金鍛件開模費用多少？
A：視模具複雜度與尺寸而定，一般為 NT$50,000~NT$150,000。

Q2：可否取代鋁鍛或鑄造品？
A：如應用對輕量化有極高要求，且不需高耐腐蝕時，為更佳選項。

Q3：設計轉換有哪些注意事項？

A：須考慮鎂合金易氧化與不適合焊接，建議以整體結構鍛造取代焊接組裝件。

11. 結語：從設計到量產，鎂合金鍛造將是未來關鍵工藝

在碳中和壓力與高性能需求的夾擊下，鎂合金鍛造的需求將持續上升。

掌握正確的鍛造工法、材料選擇與供應鏈評估，不僅能提升產品價值，更是搶占未來製造制高點的關鍵。

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