[化学]材料进展-镁合金.ppt

材料科学进展——第三部分 镁及其合金 主要内容 四 镁合金的热处理 镁合金的热处理 热处理是改善或调整镁合金力学性能和加工性能的重要手段。 镁合金的常规热处理工艺分为退火和固溶时效两大类。 可热处理强化的铸造镁合金有六大系列，即：Mg-Al-Mn系， Mg-Al-Zn系， Mg-Zn -Zr系， Mg-RE-Zn -Zr系， Mg-Ag-RE -Zr系和Mg-Zn -Cu系。 可热处理强化的变形镁合金有三大系列： Mg-Al-Mn系， Mg-Al-Zn系和Mg-Zn-Cu系。 镁合金热处理的最主要特点是：固溶和时效处理时间长，其原因是因为合金元素的扩散和合金相的分解过程及其缓慢。 镁合金的热处理类型 镁合金热处理类型： T1 ：冷却后自然时效 T2：退火态（仅指铸件） T3：固溶处理后冷加工 T4：固溶热处理 T5：冷却和人工时效 T6：固溶处理和人工时效 T61：热水中淬火和人工时效 T7：固溶处理和稳定化处理 T8：固溶处理、冷加工和人工时效 T9：固溶处理、人工时效和冷加工 T10：冷却、人工时效和冷加工 完全退火 完全退火：完全退火可以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化效应，恢复和提高其塑性，以便进行后续变形加工。 变形镁合金完全退火工艺 ：既可以减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。 变形镁合金常用的去应力退火工艺 镁合金铸件的去应力退火工艺 固溶处理：由于镁合金中原子扩散慢，因而需要较长的加热（固溶）时间以保证强化相充分溶解。镁合金砂型厚壁铸件的固溶时间最长，其次是薄壁铸件或金属型铸件，变形镁合金的最短。如Mg-Al-Zn合金，经过固溶处理后Mg17Al12相溶解到基体镁中，合金性能得到较大幅度提高。 人工时效：部分镁合金经过铸造或加工成形后不进行固溶处理而直接进行人工时效。如MB15合金，人工时效制度为（433±5）K/10h, 空冷，强度得到大幅度提高。 固溶处理＋人工时效：固溶处理后人工时效（T6）可以提高镁合金的屈服强度，但会降低部分塑性，这种工艺主要应用于Mg-Al-Zn和Mg-RE-Zr合金。此外，含锌量高的 Mg-Zn -Zr合金也可以选用T6处理以充分发挥时效强化效果。 进行T6处理时，固溶处理获得的过饱和固溶体在人工时效过程中发生分解并析出第二相。时效析出过程和析出相的特点受合金系、时效温度以及添加元素的综合影响，情况十分复杂。 如：ZM5合金（Mg-Al-Zn系），固溶处理温度为：683～688K，保温时间8～20h，保温时间的长短根据晶粒尺寸和工件尺寸大小确定；高铝低锌镁合金晶粒长大倾向严重，其时效温度为458～473K，低温时效时基体晶粒会析出细小的沉淀相，提高合金的屈服强度而降低其塑性。 热水中淬火＋人工时效： 镁合金淬火时通常采用空冷，也可以采用热水淬火T61来提高强化效果。特别是对冷却速度敏感性较高的Mg-RE-Zr系合金常常采用热水淬火。 如：Mg-(2.2~2.8)%Nd-(0.4~1.0)%Zr-(0.1~0.7)%Zn合金经过T6处理后其强度比相应的铸态合金高（ 40～50 ）％，而T61处理后可以提高( 60～70 )％且伸长率仍保持原有水平。 氧化：镁合金工件进行热处理时易发生局部氧化甚至起火燃烧。通常向热处理炉内通入(0.5~1.5%)%SO2或(3~5%)%CO2(体积分数)或惰性气体保护。 五 镁合金的腐蚀与防护 镁合金的腐蚀与防护 Mg 是在工程应用中最活泼的金属, Mg 及其Mg 合金常常用作船舶壳体、埋地管线和钢架等结构保护的牺牲阳极。 Mg 合金的电极电势低 ( - 2. 37 V), 化学活性很高。 在潮湿的空气、含硫气氛和海洋大气中均会遭受严重的电化学腐蚀, 这阻碍了Mg 合金产品在应用中发挥其优势, 限制其应用范围。 镁极易氧化,暴露于空气中表面即能自发形成一层以Mg(OH) 2 及其次级产物(如各种水合MgCO3 ,MgSO3 等) 为主的灰色薄膜。由于自身的热力学稳定性不高,这层钝化薄膜在pH值小于11 条件下不稳定，对基体金属的腐蚀基本不能提供保护作用,因此如果不经适当的表面处理,镁及镁合金仍易遭受各种腐蚀。 镁合金的腐蚀与防护 镁及镁合金的腐蚀类型包括:全面腐蚀和接触腐蚀,高温氧化,点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀,应力腐蚀和腐蚀疲劳等。 影响镁及镁合金耐蚀性的因素包括冶金和环境因素,其中冶金因素包括化学组成、加工处理方式以及晶粒尺寸等,环境因素包括如大气、土壤和水等环境中存在的各种腐蚀性介质。 其中化学组成按对镁合金耐蚀性的影响可以分为3 类,即无害组成如Na、Si 、Pb、Sn、Mn、Al 以及Be、Ce、Pr、T