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1、1铸造合金及其熔炼曾大新第十六章第十六章铸造镁合金及其熔炼铸造镁合金及其熔炼Casting Magnesium Alloysand Their Melting第三篇铸造有色金属及其熔炼第十六章第十六章铸造镁合金及其熔炼铸造镁合金及其熔炼16.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况16.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况一、镁及其合金的特点具有密排六方晶格，熔点具有密排六方晶格，熔点651 ；纯镁密度为纯镁密度为1.74g/cm3，是铝的，是铝的2/3，钢铁的，钢铁的1/4；比强度最高，比刚度接近铝合金和钢；比强度最高，比刚度接近铝合金和钢；阻尼减震性能好；阻尼减震性能好；良好的
2、电磁屏蔽、防辐射性能；良好的电磁屏蔽、防辐射性能；铸造性能良好，目前镁制品主要采用压铸成型；铸造性能良好，目前镁制品主要采用压铸成型；切削加工性能好；切削加工性能好；废料易回收再利用。废料易回收再利用。16.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况二、镁及镁合金研究发展历程 1755年，英国年，英国D.BLACK正式确定镁的存在；正式确定镁的存在； 1808年，英国年，英国H.DAVY制得镁汞齐；制得镁汞齐； 1828年，法国年，法国A.BUSSY用钾还原制得纯镁；用钾还原制得纯镁； 1886年，在德国首先把镁应用于工业领域。年，在德国首先把镁应用于工业领域。 1909年，在德国首次出现了
3、用镁合金铸件；年，在德国首次出现了用镁合金铸件； 1916年，美国道屋年，美国道屋DOW化学公司开始生产电解镁；化学公司开始生产电解镁； 1930年，德国年，德国ALDER工厂将镁合金用于汽车零件；工厂将镁合金用于汽车零件； 1936年，苏联将镁合金用于飞机零件；年，苏联将镁合金用于飞机零件；第一次世界大战期间，镁合金大量用于军事上；第一次世界大战期间，镁合金大量用于军事上；16.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况二、镁及镁合金研究发展历程第二次世界大战期间，镁合金用量激增，主要用第二次世界大战期间，镁合金用量激增，主要用于汽车上；于汽车上； 20世纪世纪70年代镁合金镁合金材料价格
4、上扬，应用年代镁合金镁合金材料价格上扬，应用出现回落；出现回落； 20世纪世纪80年代由于能源危机，轻量化呼声强烈，年代由于能源危机，轻量化呼声强烈，镁合金的应用开始回升；镁压铸件应用增加；镁合金的应用开始回升；镁压铸件应用增加； 20世纪世纪90年代中期，原镁产量惧增，价格与铝相年代中期，原镁产量惧增，价格与铝相近，压铸工艺技术、设备完善，镁应用进入成熟近，压铸工艺技术、设备完善，镁应用进入成熟阶段，发展空前；阶段，发展空前； 2005年，全球镁压铸件增速达到了年，全球镁压铸件增速达到了8%，西方国家，西方国家需求大约在需求大约在16万吨，压铸件占万吨，压铸件占镁全部需求的镁全部需求的34%
5、。16.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况010203040506070802000 2001 2002 2003 2004 2005 2006年份产量/万吨中国世界合计中国和世界镁产量2004年216.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况172.200美洲157.100欧洲65.400中国25.300其他165.500铝的合金化160.000压铸94.500其他2005年全球镁消费情况铸件,32.59%炼钢脱硫,17.89%铝合金,26.20%其它,7.03%稀土合金,4.47%金属还原,4.79%球化剂,7.03%2006年中国各领域镁消费比例年中国各领域镁消费比例镁压铸
6、件在各领域应用比例16.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况4008012091 93 95 97 99 01 03 05YearSource: Hydro MgMt Mg Die Castings160200OthersJapan & KoreaEuropeUSAAvg. Growth Rate/yr 12%Projected过去15年中，北美汽车的镁用量增长了1015%16.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况Mn:0.1-0.5Si:0.30-9.0-10.20.6-1.2ZM10ZMgAl10ZnAg:0.6-1.2-0.5-1.0-7.5-9.0ZM7ZMgZn8Ag
7、Zr2.0-2.80.4-1.0-0.2-0.7ZM6ZMgRE2ZnZrMn:0.15-0.5Si:0.30-7.5-9.00.2-0.8ZM5ZMgAl8Zn2.5-4.00.5-1.0-2.0-3.0ZM4ZMgRE3Zn2Zr2.5-4.00.4-1.0-0.2-0.7ZM3ZMgRE3ZnZr0.75-1.750.5-1.0-3.5-5.0ZM2ZMgZn4RE1Zr-0.5-1.0-3.5-5.5ZM1ZMgZn5Zr其它REZrAlZn化学成分(%)合金代号合金牌号三、铸造镁合金的牌号与化学成分摘自GB1177-9116.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况铸造镁合金的力
8、学性能（GB1177-91）新型镁合金新型镁合金b=180260MPaS.D.C=4060%Mg-1.5Cu-0.5MnMg-1Zr-0.5Zn-0.2Nd高阻尼镁合金高阻尼镁合金Burning Point：820 Mg-Al-Zn-RE-X阻燃镁合金阻燃镁合金b=250330MPa，0.2=180280MPa，=2035%Mg-2.5RE-Zn-1Zr高塑性镁合金高塑性镁合金200 ,75100MPa: =0.0480.06%Mg-Al-Ca-Ti-SrMg-Zn-Zr-RE耐热镁合金耐热镁合金b=280360MPa，0.2=150230MPa，=620%Mg-3RE-Zn-1ZrMg-8A
9、l-1Zn-RE高强铸造镁合金高强铸造镁合金性能指标性能指标代表体系代表体系合金分类合金分类16.1 镁合金特性及发展概况镁合金特性及发展概况第三篇铸造有色金属及其熔炼第十六章第十六章铸造镁合金及其熔炼铸造镁合金及其熔炼16.2 镁铝系合金镁铝系合金316.2 镁铝系合金镁铝系合金 MgAl二元相图二元相图z Mg-Al二元合金中的相二元合金中的相9：镁的固溶体：镁的固溶体9：Mg17Al12一、一、MgAl系合金的成分、组织特点系合金的成分、组织特点16.2 镁铝系合金镁铝系合金Mg-Al系合金中系合金中Al含量含量7%-10%，大多，大多数数Mg-Al系合金包括其他的合金元系合金包括其他的
10、合金元素，其中最重要的是素，其中最重要的是Zn和和Mn; g-Al-Zn ( AZ) 系和系和g-Al-Mn(AM)系镁合金是目前应用最广泛的系镁合金是目前应用最广泛的商业化商业化g-Al基铸造镁合金基铸造镁合金;常用的常用的Mg-Al-Zn合金为合金为ZM5，锌起固，锌起固溶强化和提高耐蚀性的作用，另加溶强化和提高耐蚀性的作用，另加入少量锰是为了提高耐蚀性，消除入少量锰是为了提高耐蚀性，消除杂质铁对耐蚀性的不良影响杂质铁对耐蚀性的不良影响；ZM5铸态组织为：铸态组织为：(镁固溶体镁固溶体)+( Mg17Al12），固溶处），固溶处理后，理后，溶入溶入中。中。ZM516.2 镁铝系合金镁铝系合
11、金ZM5通常在通常在415-420固溶处理，在热水中或空固溶处理，在热水中或空气中冷却，再经气中冷却，再经175或或200时效处理。其力时效处理。其力学性能学性能0.2=100MPa，b=230MPa，=2%;ZM5用于制造飞机、导弹、汽车上承受高载荷用于制造飞机、导弹、汽车上承受高载荷的零件。的零件。二、二、MgAl系合金的性能与应用系合金的性能与应用BMW V12 engine 进气歧管进气歧管，AZ91D东风公司变速箱上盖，AZ91D16.2 镁铝系合金镁铝系合金分动箱变速箱汽车压铸件第三篇铸造有色金属及其熔炼第十六章第十六章铸造镁合金及其熔炼铸造镁合金及其熔炼16.3 镁锌系合金镁锌系
12、合金16.3 镁锌系合金镁锌系合金一、一、MgZn系合金的成分、组织特点系合金的成分、组织特点 MgZn二元相图二元相图z Mg-Zn二元合金中的相二元合金中的相9镁的固溶体镁的固溶体9 Mg7Zn39 MgZn416.3 镁锌系合金镁锌系合金Mg-Zn合金中的合金中的MgZn是强化相，当锌含量增加时，合金是强化相，当锌含量增加时，合金的强度升高，但锌含量超过的强度升高，但锌含量超过6%时，合金的强度提高不明时，合金的强度提高不明显，而塑性下降较多，合金的热裂、缩松倾向增大；显，而塑性下降较多，合金的热裂、缩松倾向增大；为了提高为了提高Mg-Zn合金性能，加入合金性能，加入Zr、RE等合金元素
13、；等合金元素；加入少量加入少量Zr后可细化晶粒，改后可细化晶粒，改善力学性能，消除铁对镁合金善力学性能，消除铁对镁合金抗蚀性的不利影响，抗蚀性的不利影响，ZM1即中即中g-Zn-Zr合金；合金；在在ZM1合金的基础上加入适量的合金的基础上加入适量的混合稀土，使其铸造性和焊接混合稀土，使其铸造性和焊接性得到改善，就成为性得到改善，就成为ZM2合金，合金，其高温蠕变强度明显提高。其高温蠕变强度明显提高。16.3 镁锌系合金镁锌系合金ZM1采用铸件直接在采用铸件直接在175或或195时效处理。其力学性时效处理。其力学性能能0.2=140MPa，b=235MPa，=5%;ZM1用于高强度、受冲击载荷大
14、的零件，如飞机的轮用于高强度、受冲击载荷大的零件，如飞机的轮毂，支架等。毂，支架等。二、二、MgZn系合金的性能与应用系合金的性能与应用第三篇铸造有色金属及其熔炼第十六章第十六章铸造镁合金及其熔炼铸造镁合金及其熔炼16.4 镁稀土系合金镁稀土系合金16.3 镁锌系合金镁锌系合金一、一、MgRE系合金的组织与性能特点系合金的组织与性能特点 MgRE二元相图二元相图z Mg-RE 相图特点相图特点各种各种Mg-RE 相图相似；相图相似；它们有较高的共晶温度它们有较高的共晶温度(552593 ）；）；在各状态图中在各状态图中Mg固溶体固溶体的溶解度在的溶解度在500 以下以下变化甚小。变化甚小。16
15、.3 镁锌系合金镁锌系合金在在Mg-RE系合金中，系合金中，Mg与与RE形成形成复杂的化合物，它们在高温下比复杂的化合物，它们在高温下比较稳定，不易长大，而且这些化较稳定，不易长大，而且这些化合物还都有很高的热硬性；合物还都有很高的热硬性；由于稀土化合物的这一特点，使由于稀土化合物的这一特点，使Mg-RE合金有很高的热强性，可超合金有很高的热强性，可超过过200应用，是耐热镁合金。应用，是耐热镁合金。Temperature L+MgMgL+Compounda-Mg+Compound(Mg RE)LREMg稀土元素可降低镁在液态和固态下的氧化倾向；稀土元素可降低镁在液态和固态下的氧化倾向；ZM2、ZM3、ZM4合金是含铈的耐热合金，这种合金耐热合金是含铈的耐热合金，这种合金耐热效果好，但常温的强化效果提高不多；效果好，但常温的强化效果提高不多；ZM6为含钕的耐热合金，不仅提高了合金的高温强度，为含钕的耐热合金，不仅提高了合金的高温强度，也提高了合金的室温强度。也提高了合金的室温强度。16.3 镁锌系合金镁锌系合金MgRE系合金有良好的耐热性和铸造工艺性，主要用系合金有良好的耐热性和铸造工艺性，主要用做飞机发动机零件，近年来在汽车上得到应用。长春做飞机发动机零件，近年来在汽车上得到应用。长春应化所与一汽集团铸造公司共同研制镁稀土合金用
