纯镁的力学性能很差,不能用来做结构材料,但镁经过合金化及热处理之后,其强度大大提高,在航空、航天、汽车、机械及建筑业上得到广泛应用。
镁合金中主要合金元素是Al, Zn. Mn和RE,它们在镁中都有溶解度的变化,这就有可能利用热处理方法(固溶+时卿使镁合金化。表11-1为我国的铸造镁合金的化学成分。
镁中的主要杂质是Ni . Fe , Cu " Si和Sn' Ni的危害最大,急剧降低镁的抗腐蚀性能。Ni的熔点和密度远远超过Mg,但很容易在镁液中溶解,因此,熔炼镁合金的铁址涡不得含Ni- Fe在镁中溶解度很低,因此,熔炼镁合金的柑祸及工具可以采用不含Ni的钢材制作。但Fe对镁的抗腐蚀性也有不利影响,含Fe量从0.03%增加到0.26%时,抗腐蚀性下降至前者的1/5 在镁合金中常用的合金元素有Al, Zn " Mn " Si " RE, Ag,Cu等。Al和RE的作用是改善镁合金的力学性能和铸造性能,Mn能形成A1FeMn化合物,减少Fe的质量分数,提高镁合金的耐腐蚀性,Zn改善镁合金的耐腐蚀性和强度,Si在组织中形成硬的硅质点,提高镁合金蠕变强度,Ag可以提高镁合金耐热性。
铸造镁合金按合金系可分为以下三类:
①Mg-Al , '合金:ZMgA18Zn (ZM5)、ZMgAl10Zn (ZM 10),AZ91 A、AM60A、AS41 A等。
② Mg -Zn -Zr系合金:ZMgZn5Zr (ZMD、ZMgZn4RE 1 ZrZM2Z、ZM乒n8AgZr (ZM1)。
(3) Mg -RE -Zr系合金:ZMgRE3ZnZr (ZM3) , ZMgRE3Zn2Zr(ZM4)、ZMgRE2ZnZr (ZM6)。
后两类合金均含有晶粒细化元素错,故常称之为含铃镁合金,而第一类则称之为含铝镁合金。
铸造镁合金的发展大致可以分为三个阶段:第一个阶段研究的方向主要是在镁中加入铝和锌,即Mg-AI-Zn系合金,这类合金可以得到与铸造铝合金相近的抗拉强度。我国的ZM5,英国的L121,美国的AM80A都属于这类合金。主要添加元素为Al, Zn的含量较低,因为Zn含量增加时,容易出现显微疏松。这类合金的主要缺点是结晶温度间隔较宽,约为1570C,铸造生产中容易产生显微硫松;力学性能受到铸件壁厚的影响,随着铸件壁厚的增加,力学性能有下降的趋势;屈服强度较低等。
第二个阶段是一个改进的阶段。为了提高Mg-AI-Zn系镁合金的屈服强度,我国发展研制出ZM1,美国研制了ZK51 A,英国则有2970MAG4P。加入Zr元素后,晶粒明显细化,屈服强度提高了1倍,并具有良好的抗疲劳性能和较低的缺口敏感性。缺点仍然是结晶温度间隔较宽,容易出现显微疏松和热裂倾向。为了改善性能,有的镁合金中加入了稀土元素,如我国的ZM2,英国的2970MAG5P,美国的ZE41A。为了提高高温抗蠕变性能,产生了把稀土元素作为合金主要组元的ZM3,ZM6,英国的DTD5051,美国的HK31A o 第三个阶段是完善的阶段。如在镁合金中加入银,形成Mg-Zr-Ag-RE-Zr系合金。银合金化后,镁合金的屈服强度及抗蠕变性能达到最好水平。还有加入锉的镁合金,这类合金具有高的比强度。只是这些合金的价格较高,限制了其工业化应用。
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