合金材料及熔炼4.ppt

合金材料及熔炼有色合金部分4铸造镁合金和锌合金,吕书林,华中科技大学材料学院,材料成形及控制工程专业课程铸造合金原理及熔炼教案,2,3.3.1铸造镁合金,一、镁合金特点,二、分类及性能,密度低、比强度高、比刚度高、切削加工性极好；,极易氧化、燃烧，浇注过程撒硫磺粉，砂型中加氟化物，,现代镁合金压铸常用N2+SF6（SO2）保护；,结晶温度间隔宽，凝固收缩大，缩松倾向严重、易热裂。,250,3,3.3.1铸造镁合金,二、分类及性能,4,3.3.1铸造镁合金,还可添加Cd、Nb、Ag、La等元素进一步提高力学性能。,5,自行车架,仪表板,进气管,镁合金的应用举例轻量化为目的,3.3.1铸造镁合金,6,铸造镁合金汽车零件,3.3.1铸造镁合金,宝马6缸发动机,缸盖,电动车轮毂,变速箱壳体,汽车轮毂,7,3.3.1铸造镁合金,镁合金的应用举例压铸镁合金电子产品：增加附加值；提高散热性等功能,LED灯罩,8,3.3.1铸造镁合金,导弹、卫星上的镁合金铸件,此外，还有生物医药镁合金。,9,3.3.1铸造镁合金,1.Mg-Al-Zn合金,铝在镁中固溶度，在共晶温度(437)时，最大固溶度可达12.7%.室温只有0.2%可时效强化。,强化相为相（Al12Mg17）,10,3.3.1铸造镁合金,ZM5合金的铸锭组织扫描电镜照片,铝对Mg-Al合金铸造性能的影响,11,3.3.1铸造镁合金,铝对Mg-Al合金力学性能的影响,受相固溶度影响，Al一般控制在8%左右。,12,3.3.1铸造镁合金,2.Mg-Zn-Zr合金,Mg-Zn状态图,锌在镁中的最大固溶度为6.2，时效过程中，过饱和固溶体析出弥散分布的细小相质点(MgZn)，使合金强化。一般Zn6%。,13,3.3.1铸造镁合金,Mg-Zn合金的结晶区间较大，最大可达290(不平衡态)，故铸造性能极差。少量Zr改善了合金铸造性能，尤其降低缩松倾向。加Zr也能细化晶粒，并对(Mg)相有定强化作用，显著提高力学性能。,Mg-Zn-Zr合金的典型代表是ZM1合金：(ZK51A)成分：(3.5%5.5%)Zn，(0.5%1.0%)Zr，余为Mg。铸态组织为(Mg)十少量(MgZn)分布于晶界，热处理后消失。在T6热处理状态，力学性能为：b(250300)MPa，0.2(150180)MPa，=5%12%。性能优于ZM5。,14,3.3.1铸造镁合金,3.Mg-RE-Zr耐热合金,稀土镁合金具有较好耐热性的原因：（1）Mg-RE系有较高的共晶温度(552593)，比Mg-Al及Mg-Zn高很多；（2）Mg-RE系中固溶体及化合物的稳定性较高；（3）镁中加入三价的稀土元素，提高了电子浓度，增强了原子间的结合力；（4）Mg-RE系合金在200300下固溶度变化较小，时效析出相均匀，相界面附近浓度梯度较低。,15,Mg-Ce相图,RE主要代表Ce、La、Nd、Pr。,3.3.1铸造镁合金,Mg-RE合金结晶温度间隔小，共晶的流动性好，缩松、热裂倾向低。,16,3.3.1铸造镁合金,典型的Mg-RE-Zr合金为ZM3：(QE22A)成分：(2.5%4.0%)RE，(0.2%0.7%)Zn，(0.3%1.0%)Zr，余为Mg。显微组织为固溶体+晶界分布的网状共晶体，共晶体中除含有Mg-RE化合物外，还有Zn-RE化合物存在。室温下b(130150)MPa，=2%3%，250短时b可达125MPa。,近期开发的许多新型镁合金：大多数都是稀土镁合金。例如：Mg-Gd-Y；Mg-Zn-RE；Mg-Zn-Y-Mn等,17,3.3.1铸造镁合金,超声细化镁合金初生相和稀土相,无超声,超声后,18,聚苯乙烯示踪粒子的运动过程(声流),平铺杯底,快速上扬,高度聚集,缓慢发散,均匀悬浮,示踪粒子-水模拟实验,超声振动细化镁合金机理,空化效应、声流效应,3.3.1铸造镁合金,19,超声振动细化镁合金机理,空化效应、声流效应,1.空化泡激活异质核心、局部过冷，促进形核；,纯甘油模拟实验,甘油内的声空化效应,3.3.1铸造镁合金,20,2.射流破碎晶体，声流、射流促进对流，减小凝固前沿温度梯度、成分过冷度。,3.3.1铸造镁合金,高压下Al-Si状态图,21,3.3.1铸造镁合金,压力改变相图:1.提高固溶度;2.过冷。,22,3.3.2铸造锌合金,纯锌纯锌的密度7.133g/cm3，熔点420，沸点911。纯锌强度、塑性都较低，是一种硬而脆的金属，需加Al、Cu、Mg等元素组成合金。,一.锌及锌合金的特点,锌合金锌合金力学性能中等，铸造性能、耐磨性能和表面光洁度高，成本低，是锡青铜的1/7，良好的轴承、机床导轨材料。,23,3.3.2铸造锌合金,锌合金应用实例耐磨件,轴承,轴承座,24,3.3.2铸造锌合金,锁、锁芯,拉手,锌合金应用实例日常生活用品,手机壳,25,3.3.2铸造锌合金,拉链头,钥匙扣,锌合金应用实例日常生活用品,吊坠,装饰品,26,3.3.2铸造锌合金,二、Zn-Al合金及其合金化,1、Zn-Al二元合金,一个共晶反应和一个共析反应，共晶点在5%Al处。,Al5%时，合金的室温组织应为+（+）共晶；Al5%时，合金组织为+（+）共晶。,27,3.3.2铸造锌合金,在过共晶成分(A15)，随着铝含量增加，b有两次增加的倾向，第一次是含Al22时(共析点)，另一次是含A127时。主要与铝量增加形成的初生相呈等轴枝晶，使晶粒细化有关。高铝锌基合金的含铝量一般选择在12%、27%左右，或结晶温度间隔较小的8左右。,28,3.3.2铸造锌合金,锌合金在自然时效中会出现“老化现象”：由于冷速较快，共析转变+不易发生，所以常温组织仍是相。但是相又是一种不稳定相，随着时间的迁移，它将会逐步分解为富铝的相和含铝低的相，并在这个转变过程中，伴随着体积膨胀，称为锌合金的“老化”。这种“老化”在合金中造成很大的内应力，使合金变脆。,消除办法：90，约5小时的人工时效处理。,29,3.3.2铸造锌合金,2.Zn-Al合金的合金化,铜：除少量固溶于、外，还能形成以CuZn3化合物为基的相固溶体，使合金强化，提高耐磨性。镁：在共析成分Zn-Al合金中(22A1)275时Mg的溶解度0.025，但镁同样能起到固溶强化用.,Cu促进相分解（老化），Mg相反。,30,3.3.2铸造锌合金,三.压铸锌合金,合金成分都在共晶点左右，熔点低。锌合金的压铸性能比铝合金好。,31,3.3.2铸造锌合金,压铸锌合金比铝合金好，体现在：结晶温度范围小，不易产生缩松；流动性好，易于成形；熔化及浇注温度低，熔炼方便，模具寿命长；力学性能高。,压铸锌合金应严格控制Pb、Sn和Cd等杂质元素的含量，它们易在晶界处偏析形成化合物，与、相电极电位、化学特性相差较大，成为晶间电化学腐蚀源。,32,3.3.2铸造锌合金,四.高Al锌合金,普通压铸用锌基合金的含铝量4.5%，高Al锌合金则含(8.0%28.0%)A1。,33,3.3.2铸造锌合金,高Al锌合金都是过共晶成分，组织由