镁合金的成分、组织和性能详解.ppt

镁合金的组织成分和性能 倪慨宇.北京 2007.12.5;1，综述 ;2，镁合金成分对性能的影响 2．1 镁合金的合金化特点;(3) 电负性因素 溶质元素与溶剂元素之间的电负性相差越大，生成的化合物越稳定。Darken—Gurry理论认为，电负性差值大于0.4的元素不易形成固溶体。 镁具有较强的正电性，当它与负电性元素形成合金时，几乎一定形成化合物。这些化合物往往具有拉弗斯(Laves)型结构，同时其成分具有正常的化学价规律。 拉弗斯相是一种金属间化合物，它借大小原子排列的配合而实现密堆结构，其分子式为AB2，A原子半径大于B原子半径。 尽管形成拉弗斯相的主要因素是尺寸因素，但是电子浓度在确定其结构类型和稳定性方面起着重要作用。;典型的拉弗斯相包括三种：MgCu2(立方)、MgZn2(六方)、MgNi2(六方)。 MgCu2型有LaMg2； MgZn2型有BaMg2、CaMg2。 化合物的稳定性可用熔点来表示，表2-1列出镁合金化合物的熔点。 可见，Mg17Al12熔点最低，Mg2Si熔点最高。所以，Mg-Al合金耐高温性能较差，而Mg-Si耐高温性能较好。;表2-1 镁合金化合物的熔点;(4) 原子价因素 业已指出，当溶质和溶剂的原子价相差越大，则溶解度越小。 与低价元素相比，较高价元素在镁中的溶解度较大。 所以，尽管Mg-Ag和Mg-In之间原子价差是相同的，但一价银在二价镁中的溶解度比三价铟在镁中的溶解度要小得多。 ;2．2 镁合金成分与牌号 ;表2-2 镁合金中合金元素代号 ;2．3 镁合金的分类及热处理 ;图2-2 镁合金的分类 ;目前国外在工业中应用较广泛的镁合金是压铸镁合金，主要有以下4个系列：AZ系列Mg-Al-Zn；AM系列Mg-Al-Mn；AS系列Mg-Al-Si和AE系列Mg-Al-RE。 我国铸造镁合金主要有如下三个系列：Mg-Zn-Zr、Mg-Zn-Zr-RE和Mg-Al-Zn系列。 变形镁合金有Mg-Mn、Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr。 中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比见表2-3。 常见压铸镁合金和变形镁合金的化学成分分别见表2-4、表2-5。 镁合金热处理采用与铝合金同样的系统标示。 常用的有：T4—固溶处理，T5—人工时效，T6—固溶处理后人工时效。 ;表2-3 中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比;表2- 4 压铸镁合金的化学成分(质量分数)／％ ;表2-5 变形镁合金的化学成分(质量分数)／％ ;2. 4 合金元素对组织和性能的影响;图2- 3 合金元素和有害金属对镁的腐蚀速率的影响 (3％NaCl溶液) ;(1) 铝 在固态镁中具有较大的固溶度，其极限固溶度为12.7％，而且随温度的降低显著减少，在室温时的固溶度为2.0％左右。 铝可改善压铸件的可铸造性，提高铸件强度。 但是，Mg17Al12在晶界上析出会降低抗蠕变性能。特别是在AZ91合金中这一析出量会达到很高。 在铸造镁合金中铝含量可达到7％～9％，而在变形铝合金中铝含量一般控制在3％～5％。 铝含量越高，耐蚀性越好。但是，应力腐蚀敏感性随铝含量的增加而增加。 ;(2) 锌 在镁合金中的固溶度约为6.2％，其固溶度随温度的降低而显著减少。 锌可以提高铸件的抗蠕变性能。 锌含量大于2.5％时对防腐性能有负面影响。 原则上锌含量一般控制在2％以下。 锌能提高应力腐蚀的敏感性，明显地提高了镁合金的疲劳极限。;(3) 锰 在镁中的极限溶解度为3.4％。 在镁中加入锰对合金的力学性能影响不大，但降低塑性，在镁合金中加入1％～2.5％锰的主要目的是提高合金的抗应力腐蚀倾向，从而提高耐腐蚀性能和改善合金的焊接性能。 锰略微提高合金的熔点，在含铝的镁合金中可形成MgFeMn化合物，可提高镁合金的耐热性。 由于冶炼过程中带入较多的元素Fe，通常有意加入一定的合金元素Mn来去除Fe。;所以，Mn在镁合金中存在有两类作用：一是作为合金元素，可以提高镁合金的韧性，如AM60，此类合金中Mn含量较高；二是形成中间相AlMn和AIMnFe，此类合金中Mn含量较低。 迄今为止，镁合金中含AlMn相的结构还不很清楚。Mn与Al结合可形成中间相：AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或Al8Mn5。 Wei 研究了压铸Mg-Al基镁合金，认为含Mn相根据形态分两类：一种为花瓣形，另一种为等轴或短棒状。 AlMn相在挤压镁合金AM60组织中的结构为具有规则外形的等轴状。 ;(4) 硅 可改善压铸件的热稳定性能与抗蠕变性能。 因为在晶界处可形成细小弥散的析出相Mg2Si，它具有CaF2型面心立方晶体结构，有较高的熔点和硬度。 但在铝含量较低时，共晶Mg2Si相易呈汉字型，大大降低合金的强