第九章 镁合金.ppt

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1.74，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45000MPa。,3、纯镁的熔点为650土1。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

2、、镁具有很高的化学活泼性。其表面氧化镁薄膜性很脆，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M1、M2、M3。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 Mg % Fe% Si% Ni% 一号工业纯镁 M1 99.95 0.02 0.01 二号工业纯镁 M2 99.92 0.04 0.01 0.001 三号工业纯镁 M3 99.85 0.05 0.03 0.002,2、镁合金 和铝合

3、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、锆、钍、锰及微量镍等。 固溶强化和时效强化是镁合金的主要强化手段，凡是

4、能在Mg中大量固溶的元素，一般都是镁合金的有效强化合金元素。,根据合金元素的作用和极限溶解度，大致分成三类： 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、Zn、Li、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用。,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）Mg2Zn3相 （2）-Mg17Al12相 （3）Mg2RE相 （4）Mg23Th6相 （5）Mg12Nd

5、2Ag相 （6）A12Nd和A12Y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437时的极限溶解度w(Al)=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%。 锆：锆是高熔点金属，溶于镁基固溶体，起相当的固溶强化作用。锆与镁同为密排六方点阵，镁锆合金在冷凝时，首先从液相中析出-Zr，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。,稀土元素：固溶的稀土元素（如镧、铈、钇、钕等）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Mg9RE、Mg12RE等。已知Mg9N

6、d的热稳定性高，有明显的沉淀强化效果。,镁合金中的杂质以铁、铜和镍危害性最大，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锰（0.150.5%），锰能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650土1。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650以下进行，通常是在溶剂（NaCl、KCl和MgCl的混合物）的覆盖下，在坩埚中进行熔化。,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

7、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，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。 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

8、、镁锌锆系合金(Mg-Zn-Zr) 这类镁合金是热处理强化变形镁合金。其中镁合金MB15的w（Zn）=5.06.0，w（Zr）= 0.30.9，w（Mn）=0.l。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，如飞机上的机翼长绗、翼肋等，其使用温度不超过150。,2、镁锰(Mg-Mn)系合金 镁锰合金使用组织是退火组织，在固溶体基体上分布着少量-Mn颗粒。常用的有MB1和MB8两种。镁锰合金有良好的耐蚀性和焊接性。 MB1合金含有w(Mn)=1.31.5，经过340400退火，其0.298MPa， b =

9、206MPa，=4。其高温塑性好，可生产板材、型材和锻件。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0.2=167MPa，b =245MPa，=18。可生产管材、板材、锻件，工作温度可达200 ，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(Mg-Li)合金 属于超轻型结构合金，其密度为1.301.65gcm3。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、锰、镉、钕和铈等，能提高强度和组织稳定性。 例如，美国的

10、LA141合金（Mg-14Li-1.2Al-0.15Mn）可以焊接，经固溶后稳定处理，板材的0.2=95MPa，b =115MPa，=10，可作装甲板和航天用结构件。,4、镁稀土系(Mg-RE)和镁钍系(Mg-Th) 耐热镁合金 在镁-钕合金中，Mg9Nd起沉淀强化作用。随钕含量增加，室温和高温强度都可大幅度提高。钕含量在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。在镁钕合金基础上加入锰和微量镍，锰可提高合金的蠕变性能，微量镍可进一步降低蠕变速率，如MA11合金。,镁-钍系合金可产生沉淀强化相Mg23Th6，在过饱和固溶体脱溶时析出介稳相，产生很强的

11、沉淀强化作用。镁-钍系合金在300 以下的蠕变极限超过所有镁合金。,二、铸造镁合金 1、镁-铝-锌系(Mg-Al-Zn) 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(Al)=7.59.0，w(Zn)=0.20.8，w(Mn）=0.150.5，密度为 1.81gcm3。合金的铸造性好，可以焊接，但耐蚀性差。固溶+时效处理后，0.2=118Mpa，b=250MPa，=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-锆系(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

12、松倾向小，铸造性能好，屈服极限比高。常用的有ZM1、ZM2。合金中，锌的主要作用是起固溶强化和沉淀强化的作用，如沉淀强化相Mg2Zn3。当锌含量增加时，合金的强度升高，但 w(Zn)超过 6时，强度提高不明显，而塑性下降较多。加入少量锆（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。加铈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。同时铈还有细化组织、提

13、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，电机壳体等。,3、镁稀土锆系(Mg-RE-Zr) 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Mg3Nd抗聚集长大能力强，在高温下仍能保持高的强度。合金加入一定量锆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250 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0.2=185MPa，b=240MPa，=2，在250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属于镁锌锆系（Mg-Zn-Zr）变形镁合金，可制造飞机机翼长绗、翼肋等。 MB1 、MB8属于镁锰系(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-