镁合金

第三章镁合金第一节镁及其合金的特点及牌号镁及其合金的一般特点优点：密度小（纯Mg1.7103kg/m3）比强度高（强度比铝合金低一般在400MPa以下）抗震能力高切削加工性和抛光性能好缺点：抗蚀性差（在潮湿大气、海水、盐溶液中抗蚀差；但在氢氟酸、铬酸、碱、矿物油中抗蚀性较好）熔铸困难冷变形困难（六方金属）通常铸造和热加工后使用铸造Mg合金的用量比变形Mg合金的用量大二、纯镁密度1.7g/cm3，熔点651℃，密排六方金属，原子直径3.196Å，无同素异构转变，电导率（是Cu的37％），顺磁性（磁化率比Al小，为75），弹性模量45GPa（比铝小）（弹性模量小，在外力作用下能产生较大的变形，在冲击载荷作用下，能吸收较大的冲击功，可制造承受冲击载荷的零件。）Mg的强度与纯Al差不多，但屈服强度和塑性比Al低，这是Mg及多数Mg合金的一个缺点。机械性能b（MPa）0.2（MPa）HB铸态115258.030变形态2009011.536（压力加工后性能具有明显的方向性）•Mg具有很高的化学活泼性，在室温下表面形成氧化镁薄膜•由于氧化镁很脆而且不如氧化铝致密，故镁在潮湿空气中，特别在盐水中的抗蚀性很差。•但Mg在氢氟酸水溶液和碱类以及石油产品中具有较高的抗蚀性。•用途：制造镁合金，其它合金添加元素，烟火工业、化学、石油部门三、牌号1、我国牌号镁合金牌号用汉语拼音加阿拉伯数字表示纯Mg：Mg－1（一号镁）含Mg99.95Mg－2（二号镁）含Mg99.92Mg－3（三号镁）含Mg99.85杂质：Ni、Fe、Cu、Si、Sn（纯Mg一般不用于加工产品）Mg合金：ZMx（铸造Mg合金），MBx（变形Mg合金）例：ZM14.5Zn、0.75ZrZM24.25Zn、0.75Zr、1.2REZM50.5Zn、0.33Mn、8.25Al例：MB11.3－2.5MnMB23.0－4.0Al、0.2－0.8Zn、0.15－0.5MnMB81.5－25Mn、0.15－0.35CeMB155.0－6.0Zn、0.3－0.9Zr2、美国牌号用英文字母和阿拉伯数字表示，前两个字母表示主要合金化元素，接着的两位数字分别表示前两个字母所代表元素的百分含量（重量百分数），后缀A、B、C等表示在标准成分范围内成分有所变化，但字母X表示实验合金。例如：AZ91表示Mg-9Al-1Zn字母代表元素字母代表元素AAl铝MMn锰BBi铋NNi镍CCu铜PPb铅DCd镉QAg银ERE稀土RCr铬FFe铁SSi硅HTh钍TSn锡KZr锆YSb锑LLi锂ZZn锌中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比四、状态符号镁合金常用的热处理类型T1：铸造或加工变形后，不再单独固溶处理，直接人工时效工艺简单，也有强化效果，特别对Mg-Zn系合金，因晶粒易长大，重新加热晶粒粗化，时效后的综合性能反而不如T1T2：为消除铸件残余应力及变形合金的冷作硬化而进行的退火处理ZM5350℃2.5hT4：淬火处理（空冷），可以提高合金的抗拉强度和延伸率ZM5常用T4T6：淬火（空冷）+人工时效，目的提高合金的屈服强度，但塑性相应有所降低。T6主要应用于Mg-Al-Zn及Mg-RE-Zr系，高锌的Mg-Zn-Zr系为充分发挥时效强化效果，也可以选用T6T61：热水淬火+人工时效，可提高时效强化效果。特别是对冷却速度敏感性较高的Mg-RE-Zr合金，如M10（Mg-2.5Nd-0.7Zr-0.4Zn）第二节镁合金的合金化•镁合金的合金化原理与铝合金十分相似•主要利用固溶强化和时效强化提高合金的常温和高温性能。•除此以外，也要考虑合金元素对抗腐蚀性和工艺性的影响。•镁合金一个重要缺点就是晶粒粗大和分布不均匀•因此，晶粒细化是Mg合金化必须考虑的重要问题之一。向镁合金中加入的元素大致可以分三类：包晶反应类：Zr（3.8％极限溶解度）Mn（3.4％极限溶解度）在Mg－Al系中，特定温度下，形成MnAl4起晶核作用。这类元素的主要作用：细化晶粒，提高抗蚀性和耐热性。共晶反应类：Ag（15.5％），Al(12.7%)Zn(8.4%)，Li(5.7%)Th(4.5%)提高抗蠕变性能这类元素的主要作用：形成金属间化合物，且在Mg中有明显的溶解度变化，产生时效硬化效应，因此，这类元素是高强镁合金的主要添加元素。稀土类：（多是共晶型元素）Y（12.5％），La（1.9％），Nd（3.6％），Ce（0.85％）这类元素的主要作用：提高耐热性（增加Mg原子结合力，减小原子扩散速度）含有稀土的固溶体和稀土化合物中原子扩散速度慢，因此耐热性高镁合金化合物的熔点目前实际应用的镁合金，无论是变形还是铸造合金都是集中在以下几个合金系：Mg-Al-Zn高强MB2（3.5Al），MB3（4.2Al），ZM5（0.2Al）Mg-Zn-Zr高强ZM1（4.5Zn），MB15（5.5Zn）Mg-RE-（Zr、Zn、Mn）耐热ZM3（3.2混合稀土、Zn、Zr），MB8（2Mn、0.2Ce）镁合金的分类•变形镁合金的合金化程度比铸造镁合金低（以利于塑性变形）杂质的含量也低。•含高铝的变形镁合金有明显的应力腐蚀开裂倾向。•Mn虽然可以提高耐热性，但对铸造性能有不利的影响，故铸造镁合金中一般避免添加这类元素•在Mg-RE-Zr系中，Zr的主要作用仍为细化晶粒，另外，Zr在镁合金熔炼过程中对杂质有净化作用，故可改善合金的抗蚀性。•在Mg-RE-Mn系中，Mn有一定的固溶强化效果，同时降低合金的原子扩散能力，提高耐热性，并有增加合金抗蚀性的作用。第三节铸造镁合金1、高强铸造镁合金Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr系较高的室温强度，较好的铸造性能耐热性差，工作温度一般不超过150℃⑴Mg-Al-ZnAl：形成主要强化相Mg17Al12（或Mg4Al3）Zn：在Mg-Al的基础上加Zn，提高屈服强度，增加合金元素的固溶度，提高热处理强化效果，但当Zn大于1％时，增加形成显微缩松和热裂的倾向Mn：改善抗蚀性Mg-Al-Zn系应用最广的合金是ZM5（与AZ81A相近）ZM5的成份：（Mg-8Al-0.5Zn-0.3Mn）平衡组织：+Mg17Al12（Mg4Al3）强化相ZM5：强度高（b＝250MPa、0.2＝95MPa）、塑性好、易于铸造、可热处理强化（可在在自然时效和人工时效状态下使用）。自然时效和人工时效的b基本相同，人工时效屈服强度高，塑性低（有不连续分解），要求组织稳定时，采用人工时效。例如：发动机内的镁合金零件（工作温度高，要求组织稳定）采用T6状态。飞机零件采用T4状态ZM5：T4状态b＝250MPa、0.2＝95MPa用途：制造飞机发动机零件，摩托车的曲轴箱。⑵Mg-Zn-Zr系与Mg-Al-Zn比Mg-Zn-Zr有较高的b和0.2（0.2明显高）Zn：形成主要强化相MgZn2Zr：细化晶粒，改善抗蚀性ZM1（Mg-4.5Zn-0.7Zr）强度比Mg-Al-Zn高，铸造性较差，热裂倾向高，焊接性较差，可热处理强化。T1态b＝280MPa、0.2＝170MPaT1：不经淬火，直接在175℃时效30h，或在190℃时效16h•单纯Mg-Zn-Zr合金，铸造性能差，氧化和热裂倾向比Mg-Al-Zn高，为改善上述缺点向ZM1中加稀土。•ZM1+0.71.7Ce＝ZM2加入Ce，形成Mg9Ce，以离异共晶形式分布于晶界上，因而改善了热裂倾向和疏松倾向，加入RE越多，共晶量越高，铸造性能越好，但过多的RE会从固溶体中夺取大量的Zn，降低时效后的强度和塑性。•ZM2：有较高的高温瞬时强度，在150200℃有良好的抗•蠕变性能。•适于铸造在150200℃工作的发动机匣，整流舱和电机壳•T1处理325℃(5－8h)时效，0.2＝150MPa•ZM2可代替ZM5使用。第四节变形用镁合金一般在300500℃进行挤压、轧制和模压加工，许多铸造合金系可作变形合金，只不过，合金元素含量低些，杂质含量控制的较严些。变形镁合金的一个特点是各向异性明显。应用：在欧洲，变形Mg合金主要生产锻件和挤压件；在美国，变形Mg合金也以板材的形式使用。一、高强变形镁合金Mg-Mn（Ce）→Mg-Al-Zn→Mg-Zn-Zr→b增大工作温度不超过150℃最早的变形Mg合金是Mg-1.5Mn，现在已经被废弃了，少量Ce细化晶粒⑴Mg-Mn系（两个合金）不可热处理强化MB1（1.3－2.5Mn）MB8（1.5－2.5Mn、0.15－0.35Ce）Ce：细化晶粒，抑制形成孪晶，有利于屈服强度（特别是压缩屈服强度）的提高，加Ce后，适用于加工承受纵向弯曲负荷的结构件，Ce还提高耐热性。MB1和MB8：工艺塑性好，SCC倾向小，容易焊接，应用较多退火状态使用：MB1退火组织+（Mn）MB1340400℃4h，空冷（b＝170MPa，0.2＝90MPa）工作温度不能超过150℃；MB8280320℃2.5h，空冷,可在200℃以下长期工作；应用：板材：飞机蒙皮，壁板及内部零件；模锻件：制作外型复杂的构件管材：汽油润滑油系统等要求抗蚀的管路⑵Mg-Al-Zn系工业用变形镁合金大部分属于Mg-Al-Zn系自MB2到MB7五个合金是按Al（或加Zn）含量的增加顺序编排的，组织性能变化特点与铸造Mg-Al-Zn合金基体相同；该系合金工艺塑性良好，合金成分均匀性差，变形后易出带状（即Mg17Al12相呈纤维状分布），抗蚀性一般尚好，稍有SCC倾向。MB2、MB3是该系合金中合金化程度最低的两个合金（Al5％，Zn1％，少量Mn），不能热处理强化，退火态使用MB2280350℃3－5h空冷MB3250280℃0.5h空冷MB2和MB3：工艺塑性良好，适于加工各种板、棒和锻件；SCC倾向低；MB2焊接性很好。MB2退火薄板b＝240MPa，0.2＝130MPa，＝12％；MB3退火薄板b＝250MPa，0.2＝150MPa，＝12％；适用于中载荷工作温度150℃以下，飞行器壳体。⑶Mg-Zn-Zr系只有一个牌号MB15：（5－6Zn）、（0.3－0.9）Zr、0.1Mn抗拉强度和屈服强度显著超过其它国产变形Mg合金，热裂倾向大，不宜焊接。MB15：可热处理强化（有两种处理工艺）第一种：挤压或锻造（300－400℃热加工）后直接进行人工时效（150－170℃时效）第二种：淬火+人工时效（淬火温度高，晶粒长大，塑性差）500－525℃淬火，150－170℃时效（高温加热主要是让Zr质点溶入基体，实际上在400℃时Mg、Zn就已溶入基体）以上两种处理所得的强度差不多，但第二种处理塑性低，实际生产中都采用第一种热处理规范MB15挤压棒材，人工时效（510℃淬火，160℃时效）b＝320MPa，0.2＝250MPa主要用于制作受力较大的（非焊接）零件，机翼长桁，翼肋，摇臂二、耐热变形镁合金采用Mg-RE（Nd）和Mg-Th系两大类苏联：牌号（MA11）Mg-4Nd-2Mn工作温度，250℃挤压件，锻件，模锻件美国：牌号（HM21）Mg-2Th-0.6Mn工作温度，350℃板材，锻件三、Mg-Li系超轻镁合金该系合金比重为1.3～1.6（含4－10％Li，合金密度为1.3－1.65，b＝200～320MPa），比一般镁合金轻15～25％，比铝合金轻50％。属于超轻合金材料，它具有良好的冷、热轧性能。近年来，各国对Mg-Li系超轻镁合金的研究与开发都非常重视，苏联研制的超轻镁合金有：MA21、MA18、ИMB1。美国有：LA141A、LA91A、LAZ933A。用Mg-Li合金压延材料制成的构件大大地减轻了重量。超轻镁合金材料是需要进一步研究的课题之一，它将促使航空、航天工业及新技术的迅速发展。第四章铜及其合金铜及其合金是人类应用最早最广泛的一种金属,它有引人注目的三大特点：高的电导率和导热率易成形（包括变形和铸造）良好的耐蚀性越王勾践青铜剑,剑长55.7cm，湖北江陵出土北宋第一节铜及其合金的分类与牌号一、纯铜的分类与牌号1、分类由于