金属材料_钛及钛合金.ppt

第十章 钛及钛合金 第十一章 镁及镁合金 银白色，密度1.74 g/cm3，是常用结构材料中最轻的金属，熔点650℃，沸点1100℃ 密排六方晶格，无同素异构转变 体积热容比其他金属都低，加热升温与散热降温都比其他金属快 室温下冷变形能力差；但当温度升至(150～250)℃以上时，其塑性显著增加，因而可以进行各种热变形加工 弹性模量小（室温下仅为45GPa），在外力作用下弹性变形功较大，可承受较大的冲击和振动载荷 纯镁的物理性能 镁是化学性能非常活泼的金属。在NaCl溶液和一般环境介质中，镁比其他工程结构材料的点位低，即对其他结构金属呈阳性，因此，镁成为常用的工程构件阴极保护系统的牺牲阳极。 一般来说，镁是耐碱的。室温下，镁在NaOH等碱溶液中几乎不起作用，但加热时，会发生反应。 镁不耐酸，大多数酸会与镁迅速产生反应将镁溶解。 化学性能 镁在空气中燃烧时，从600℃开始显著地吸收氮，并发生反应生成Mg3N2，因此，除生成MgO以外，还会生成Mg3N2 在室温下，镁即能与空气中的氧形成MgO薄膜，但其氧化膜不致密。这是镁和镁合金不及铝和铝合金耐腐蚀的主要原因 镁和水的反应，Mg在水中能发生电化学反应： MgO＋2H2O →Mg(OH)2＋H2 Mg ≥ 0.0 — — 0.005 0.05 0.05 0.02 0.002 0.03 0.05 99.80 Mg9980 0.01 — — 0.005 0.03 0.02 0.004 0.001 0.02 0.04 99.90 Mg9990 0.01 ? — — 0.003 0.01 0.01 0.002 0.001 0.01 0.003 99.95 Mg9995 0.005 0.001 0.001 0.002 0.002 0.004 0.0005 0.0005 0.003 0.002 99.98 Mg9998 Zn Pb Ti Cl Mn Al Cu Ni Si Fe 化学成份 % 牌号 纯镁的牌号 36 12.5 11.5 45 9.0 20.0 变形状态 30 9 8 45 2.5 11.5 铸态 HBS ψ(％) ε(％) E/ GPa σs／MPa σb／MPa 加工状态 室温强度低、塑性差： 纯镁单晶体临界切应力为4.8MPa左右，其多晶体的强度和硬度很低，不能直接用做结构材料。 生产铝合金 铝合金中的添加元素,镁与原铝的消费比率约为0.4% 压铸镁合金铸件 炼钢脱硫 使用镁粒脱硫效果比碳化钙好，用量少，镁脱硫比碳化钙经济。每吨钢消耗镁粒0.4～0.5公斤，脱硫后含硫量0.001～0.005% 金属还原剂 如稀土合金、钛等 镁牺牲阳极保护阴极 纯镁的应用 作为结构材料，一般要向纯镁中加入一些合金元素制成镁合金而应用。镁合金中常加入的合金元素有Al、Zn、Mn、Zr及稀土元素等。 镁的合金化 添加Al：产生固溶强化，同时沉淀析出强化相Mg17Al12，增加了合金强度和塑性； 添加Mn：提高合金的耐热性和抗蚀性，并改善焊接性； 添加少量Zr和稀土元素：细化晶粒，提高耐热性并改善镁合金的工艺性能等多方面作用。 杂质元素：Fe、Ni、Cu等元素对Mg合金性能危害很大，作为杂质必须严格控制其在合金中的含量。 添加Zn：产生固溶强化，其沉淀析出相Mg2Zn3或MgZn2，强化效果不及Mg17Al12元素，故一般Zn元素用于配合其他合金元素来强化Mg； 镁合金的强化 合金化强化机制：固溶强化、第二相强化（弥散强化、析出强化） 固溶强化： 镁和周期表中可形成合金的元素几乎只能形成有限固溶体； 合金元素溶入基体中，通过原子错排、溶质与溶剂原子弹性模量的差异而强化基体； 若溶质原子提高了合金熔点、增大弹性模量、减小原子自扩散，还可提高抗蠕变性能。 第二相强化： 超过溶解度的合金元素将与镁形成中间相，有下列三种类型： AB型：MgTi、MgAg、MgCe和MgSn。 AB2型：MgCu2；MgZn2 ；MgNi2 。 CaF2型：面心立方金属间化合物，如Mg2Si和Mg2Sn。 当合金元素的溶解度随温度降低而下降时，将析出第二相，产生析出强化（时效强化）。强化效果取决于尺寸、形状、物理性能和析出相与基体间的界面性质。 弥散强化的颗粒是合金在凝固过程中产生，其熔点较高、不溶于镁基体、具有良好的热力学稳定性。弥散强化比析出强化可以保持到更高的温度。 时效沉淀强化 镁合金时效硬化效应没有A1