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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
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