铸造镁合金及其熔炼.pptx

魏然 第十六 章铸造镁合金及其熔炼 1 16.1纯镁的性能 镁的优点：轻！密度低（1.75～1.85g/cm3)，约是铝（2.7g/cm3）的2/3，是最轻的工程金属。 化学活性强，易燃烧。电极电位很低（-2.36V），氧化膜疏松多孔。 镁的缺点 2 16.1镁资源 镁的总量 镁元素在地壳中的丰度为2.10%，排第8位。 我国镁资源储量、产能及产量均居世界第一。与铁铝等资源相比，可谓“取之不尽，用之不竭” 镁的前景 镁相对于铜、铝、铅、锌等大有色金属品种，具有成长为可广泛应用和资源可靠保障、轻量化、高性能的百万吨级绿色新金属材料的基础优势。 3 16.1镁的合金化 镁合金中主要合金元素：Al、Zn、Mn和RE，他们在镁中都有溶解度的变化，这就可能利用固溶、时效处理提高强度。 主要合金元素的作用 铝改善压铸件的可铸造性，提高强度、耐蚀性。但是，铝增加其应力腐蚀敏感性，铸造镁合金中铝含量一般控制在8％～9％。 锌可以提高铸件的抗蠕变性能、疲劳极限。一般控制在2％以下。 加入1％～2.5％锰的主要目的是提高耐腐蚀性能、耐热性能和改善合金的焊接性能，并去除杂质Fe。 稀土一般提高镁合金的力学性能、耐热性，改善铸造性能和焊接性能。 4 16.1镁合金的杂质 镁合金中的主要杂质：Ni、Fe、Cu、Co，其中Ni的危害最大。Ni的熔点和密度远大于镁，而且很容易在镁液中溶解。 与Fe的危害的像似，Ni 、Co、Cu与Mg（-2.36V）的化学电位差较大，降低耐腐蚀性。 适量的Si、Sn可以与Mg形成细小、弥散分布的Mg2Si、Mg2Sn化合物，提高镁合金的强度和抗蠕变性能，即提高耐热性能。 Fe的危害 Fe和Mg的混合焓为正（18KJ/mol），不形成化合物。高温下溶解的Fe以原子形态分布在Mg液中，降低温度，Fe以单质形态析出，分布在晶界处。 Fe （-0.44V）与Mg（-2.36V）的化学电位差较大，产生较大的接触腐蚀。 5 16.1镁合金牌号 牌号中的两个字母代表所含的主要合金元素 牌号中两位数字表示主要合金元素的名义质量分数(％)。 后缀字母A、B、C、D、E等是指成分和特定范围纯度的变化。 国际上一般采用美国试验材料协会(American Society of Testing Materials，ASTM)使用的方法来标记镁合金。国标GB/T5153-2003和ASTM基本一样。 6 16.1镁合金牌号 镁合金中常用合金元素代号 代号 A E K L M W Z V 英文名 Al RE Zr Li Mn Y Zn Gd 中文名 铝 稀土 锆 锂 锰 钇 锌 钆 代号 S T 英文名 Si Sn 中文名 硅 锡 7 16.1镁合金的性能特点 1.比强度高、电磁屏蔽性好。 2.减震性好，弹性模量（E）小，弹性变形功较大，吸收的能量多。 镁合金 铝合金 铜合金 钛合金 不锈钢 40 65 80 110 190 3.切削加工性能好：可采用高速切削，也易于研磨、抛光。 4.抗腐蚀性差，防腐蚀技术包括：无铬磷酸盐转化膜、化学镀（如在AZ91D上镀Ni-P-ZrO2）、自封孔微弧氧化、喷涂防护层等。 8 16.1镁合金的性能特点 9 16.2 Mg-Al-Zn系合金 Mg-Al二元相图 Mg-Al-Zn系合金是工业应用最广泛的镁合金，AZ91（ZM5） 10 16.2 Mg-Al-Zn系合金 AZ91：Mg-Al-Zn-Mn-(Be)合金。 兼顾铸造性能、力学性能和生产实际，铝量一般取8～8.5% 加入0.2～0.8% Zn提高抗腐蚀性及抗拉强度,过量会导致缩松。 加入0.5% Mn主要是出去Fe杂质，提高电极电位、进而抗腐蚀性，过多会造成Mn偏析。 加入微量Be（0.002%），是在表明形成一层致密的MgO—BeO保护膜，提高抗氧化性。过量会引起晶粒粗大。 用途：高负荷零件，如轿车齿轮变速箱箱体，电子产品的壳体。 11 16.3 Mg-Zn-Zr系合金 和Mg-Al-Zn合金相比，Mg-Zn-Zr合金具有更高的屈服强度和组织致密性，但加工性能较差。 Mg-Zn系合金的强化相为MgZn，其强化效果比Mg17Al12对Mg-Al系的大，因此，Mg-Zn系合金属于高强镁合金。Zn含量加入过多时，Mg固溶体相产生偏析，密度小的上浮、大的下沉，产生缩松。此外，MgZn相是脆性相，过多容易造成铸件开裂。综合力学性能与铸造性能，Zn含量取4～5%。 12 16.3 Mg-Zn-Zr系合金 Mg-Zn系合金中加入Zr，显著缩小合金的结晶温度范围，使流动性增加。不仅可以有效细化晶粒，还可以提高合金耐蚀性，降低热裂倾向。Mg-Zr的混合焓为正，不形成化合物，首先结晶出Zr与Mg都为密排六方结构，起非自发晶核作用。Zr能与镁液中的H、Fe形成