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1、第九章镁合金第一节镁及镁合金第二节镁合金中的合金元素第三节镁合金的生产及热处理特点第四节变形镁合金第五节铸造镁合金第一节概述一、纯镁的特性镁在地壳中的储藏量极丰富，其蕴藏量为2.1%,仅次于铝和铁而占第三位。其特点如下: 1、纯镁的比重小，只有L74,是工业用金属中最轻的一种。镁合金具有比铝合金更高的比强度，可达18.8左右。 2、镁的弹性模数E比较小，在室温时E为45000MPao 3、纯镁的熔点为650土C。但镁在熔化温度时极易氧化甚至燃烧，故熔炼技术比较复杂。 4、镁具有密排六方点阵结构，其塑性变形能力比铝小。 5、纯镁的强度不高，大致与纯铝差不多。 6、镁具有很高的化学活泼性。其表面氧
2、化镁薄膜性很脆，而且不如氧化铝薄膜致密，故镁在潮湿的空气中，特别在盐水中的抗腐蚀性很差。 二、纯镁及镁合金的牌号及分类 1、工业纯镁牌号用汉语拼音字母M加顺序号表示。如Ml、M2、M3o号数愈低愈纯。纯镁的主要用途是用于制造镁合金和其他合金的合金元素，以及用在烟火工业和化学、石油等工业部门。工业纯镁的牌号及纯度牌号代号 一号工业纯镁Ml 二号工业纯镁M2 三号工业纯镁M3Mg%Fe%Si%Ni%99.950.020.0199.920.040.010.00199.850.050.030.0022、镁合金和铝合金一样，可以分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。牌号采用汉语拼音字头加顺序号表示，如铸造镁
3、合金ZM1、ZM3、ZM5及变形镁合金MB1、MB1、MB3等。镁合金具有较高的比强度和比刚度，并有高的抗震能力，能承受比铝及其合金大的冲击载荷，且切削加工性好，易于铸造和锻压，所以在航天航空工业中获得较大应用。第二节镁合金中的合金元素及其作用一、镁的合金化镁的合金化原理与铝的相似，主要是通过加入合金元素，产生固溶强化、过剩相强化、沉淀强化和细晶强化，以及提高合金的抗蚀性和耐热性能。常用合金元素主要是铝、锌、稀土金属、锂、银、错、铉、锤及微量镣等。固溶强化和时效强化是镁合金的主要强化手段，凡是能在Mg中大量固溶的元素,般都是镁合金的有效强化合金元素o根据合金元素的作用和极限溶解度，大致分成三类
4、:包晶反应类：Zr、Mn;起固溶强化、细化晶粒、提高抗蚀性和耐热性的作用。共晶反应类:Ag、Al、ZnLi、Th;是主要合金元素，起固溶强化和沉淀强化作用。稀土元素(RE):Y、Nd、La、Ce、Pr、混合RE等，有提高抗蠕变性能的作共晶反应型元素是高强度镁合金的主要合金元素，这类元素在Mg中有较大的溶解度变化，有明显的时效硬化效应。Mg合金中的主要强化相有： (1)Mg2%相 (2)y-Mg17Al12ffi (3)Mg?RE相 (4)Mg23Th6相 (5)MgNd2Ag相(6)ANd和AY相铝：在镁中具有较大的溶解度，故固溶强化效果显著。由于其在共晶温度4370c时的极限溶解度w(Al)
5、=12.6%,室温时为2.0%左右，所以可进行时效强化。变形镁合金的铝含量一般在35%。错:错是高熔点金属,溶于镁基固溶体,20 W 5&篌钻二元相困(M2l)起相当的固溶强化作用。错与镁同为密排六方点阵，镁错合金在冷凝时，首先从液相中析出aZr,可作为镁结晶时的非自发形核核心，使合金的凝固组织细化。Dm20J040TO711MlMX3mx4c俣择二兀相图稀土元素：固溶的稀土元素（如锄、饰、钮、铉等）可以增强镁合金的原子间结合力，降低合金中原子扩散速度，增加合金的热稳定性。镁与稀土金属形成一系列金属间化合物，如MggRE、Mg1?RE等。已知MggNd的热稳定性高，有明显的沉淀强化效果。镁合金
6、中的杂质以铁、铜和锦危害性最大，铁含量大于0.016%就显著降低镁的抗蚀性。为消除铁的有害影响，通常在镁中加入一定量的钱(0.15 0.5% )，与铁生成化合物并沉积于熔体底部。第三节镁合金的生产及热处理特点一、镁合金的生产纯镁的熔点为6501七。但镁在熔化温度时极易氧化甚至燃烧，故熔炼技术比较复杂。熔炼镁合金都在6500c以下进行,通常是在溶剂（NaCl、KC1和MgCl的混合物）的覆盖下，在培期中进行熔化。二、镁合金的热处理 镁没有同素异构转变，因此亦是通过淬火+时效处理进行强化。镁合金的热处理工艺与铝合金相比较具有以下特点： 1、镁合金的淬火加热温度比较低。因为镁合金的组织一般都比较粗大
7、，而且组织达不到平衡状态。处于不平衡状态的合金熔点要比平衡状态低些。 2、镁合金淬火加热的保温时间比铝合金长得多。因为合金元素在镁中的扩散速度非常慢，过剩相的溶解速度亦比较缓慢。 3、淬火加热速度不宜太快，通常需要采用分段加热，以防止过烧。 4、镁合金淬火冷却可采用空冷或在70100水中冷却，因为强化相从过饱和固溶体中析出速度缓慢o 5、镁合金一般都采用人工时效处理。 6、镁合金的热处理切忌用硝盐浴炉加热,一般都在真空热处理炉、箱式电炉或井式电炉中加热。在高温的硝盐浴中镁合金会发生剧烈的化学作用而引起爆炸。第四节镁合金 一、变形镁合金 1、镁锌错系合金(MgZnZr) 这类镁合金是热处理强化变
8、形镁合金。其中镁合金MB15的w(Zn)=5.0%-6.0%,w(Zr)=0.3%09%,w(Mn)=0.1%。其沉淀强化相为Mg2Zn3。 MB15的缺点是焊接性差，不能做焊接件。由于其强度高，耐蚀性好，无应力腐蚀倾向,能制造形状复杂的大型构件，如飞机上的机翼长帝、翼肋等，其使用温度不超过150。2、镁锤(MgMn)系合金镁钱合金使用组织是退火组织，在固溶体基体上分布着少量0Mn颗粒。常用的有MB1和MB8两种。镁铳合金有良好的耐蚀性和焊接性。 MB1合金含有w(Mn)=l.3%L5%,经i1340400退火，其。02=98MPa,%=206MPa,6=4%。其高温塑性好，可生产板材、型材和
9、锻件。使用温度在150以下。在MB1合金基础上加入w(Ce)=0.15%-0.35%,可细化晶粒，从而提高合金的室温机械性能和高温强度，成为MB8合金。MB8合金有中等强度和较高的塑性，其G02=167MPa,=245MPa,8=18%o可生产管材、板材、锻件，工作温度可达200C,目前已取代MB1镁合金，用于飞机的蒙皮、壁板及润滑系统的附件。3、镁锂(MgLi)合金属于超轻型结构合金，其密度为L301.65gZcm强度较低，但室温和低温塑性很好。镁锂合金加入强化元素铝、锌、锤、镉、钱和钙等，能提高强度和组织稳定性。例如，美国的LA141合金(Mg14Li-L2AL0.15Mn)可以焊接，经固
10、溶后稳定处理，板材的%2=95MPa,jb=115MPa,6=10%,可作装甲板和航天用结构件。4、镁稀土系(MgRE)和镁牡系(Mg-Th)耐热镁合金在镁铉合金中,MggNd起沉淀强化作用O随钦含量增加，室温和高温强度都可大幅度提高。铉含量在w(Nd)3%左右时,室温强度达到最大值；在300下，抗拉强度仍能保持在147MPa以上。在镁钛合金基础上加入锤和微量镶，镒可提高合金的蠕变性能，微量镁可进一步降低蠕变速率，如MA11合金。镁牡系合金可产生沉淀强化相Mg23Th6,在过饱和固溶体脱溶时析出0介稳相，产生很强的沉淀强化作用。镁管系合金在300以下的蠕变极限超过所有镁合金。、铸造镁合金1、镁
11、铝锌系(Mg-ALZn)铸造合金镁铝锌系合金是应用最早、使用最广的一类高强度镁合金。常用的为ZM5,主要含W(A1)=7.5%-9.0%,w(Zn)=0.2%-0.8%,w(Mn)=0.15%-0.5%,密度为L81g/cm3o合金的铸造性好，可以焊接，但耐蚀性差。固溶+时效处理后,。()产118Mpa,rb=250MPa,6=3.5%。可用于制造飞机机舱连接隔框，舱内隔柜等，以及发动机仪表和其他结构上承受载荷的零件。2、镁-锌-错系(Mg-Zn-Zr)铸造合金属高强度镁合金，与镁-铝-锌系合金相比,显微疏松倾向小，铸造性能好，屈服极限比高。常用的有ZMLZM2o合金中,的主要作用是起固溶强化
12、和沉淀强化的作用，如沉淀强化相MgzZ%当锌含量增加时，合金的强度升高，但亚亿11)超过6%时，强度提高不明显，而塑性下降较多。加入少量错(0.50.8%)后可细化合金的晶粒，改善力学性能。加入镉和银后增大了固溶强化作用。ZM1的主要特点是强度高。而且壁厚效应小，主要用在航空工业，制造高强度、受冲击载荷大的零件，如飞机轮壳、轮缘、支架等。在ZM1成分基础上加入0.71.7%Ce,就发展为ZM2合金。加锌的目的是增加合金中的共晶组织，减少显微疏松与热裂倾向，改善铸造性能。同时锌还有细化组织、提高合金的耐热性能的作用。ZM2合金主要用于航空工业中，制造工作温度较高(200以下)的零件，如发动机机座
13、，电机壳体等。 3、镁稀土错系(MgREZr)耐热铸造合金 稀土金属可使铸造镁合金质量得到改进,工作温度升高。例如介稳相UM蹑Nd抗聚集长大能力强，在高温下仍能保升高的强度。合金加入一定量错后可以进一步细化晶粒，保证显微组织和性能的稳定，并可改善耐蚀性。 常用的牌号有ZM3、ZM6、QE22A、HK31A等。用于200300范围，具有良好的高温强度。可以制造在250C以下长期工作的零件，如发动机增压机匣、压缩机机匣及扩散器壳体等。QE22A(Mg-2.5Ag-2Nd-0.7Zr)是国外广泛应用的耐热高强度铸造镁合金。银在镁中的固溶度较大，起固溶强化作用,其。02T85Mpa,nb=240MPa
14、,8=2%,在250C以下有高的屈服强度，可用于飞机起落架等部件。但由于价格原因，使用受到限制。MB15、MB25属于镁锌错系（Mg-Zn-Zr）变形镁合金，可制造飞机机翼长绚、翼肋等。 MB1、MB8属于镁镒系（Mg-Mn）变形镁合金,用于飞机的蒙皮、壁板及润滑系统的附件。 ZM5属于镁铝锌系（Mg-Al-Zn）铸造镁合金,用于制造飞机机舱连接隔框，舱内隔柜、发动机、仪表和其他结构上承受载荷的零件。 ZM1.ZM2属镁锌错系（Mg-Zn-Zr）铸造镁合金，可用于飞机发动机和导弹的各种铸件。 ZM3、ZM6属于镁稀土错系（Mg-RE-Zr）耐热铸造合金。可以制造在250以下长期工作的零件。思考题1、纯镁的特性有哪些？2、镁合金的有哪些分类？3、镁合金主要有哪些合金系？特点如何?4、镁合金的主要强化手段有哪些？
