镁合金的成分组织和性能.ppt

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1、关于镁合金的成分组织和性能现在学习的是第1页，共100页2.1 概述概述 v工业用镁的纯度可达到工业用镁的纯度可达到99.9，但是纯镁不能用作结构材料。，但是纯镁不能用作结构材料。v在纯镁中加入在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素形成的镁等元素形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛应用。合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛应用。v在在20世纪世纪20年代至年代至30年代晚期，镁合金的开发和应用达到第一年代晚期，镁合金的开发和应用达到第一个高峰；在个高峰；在20世纪世纪50年代，达到第二个高峰；从年代，达到第二个高峰；从20世纪世纪90年年代至今是第三

2、个高峰。代至今是第三个高峰。现在学习的是第2页，共100页2.2 镁合金成分对性能的影响镁合金成分对性能的影响 现在学习的是第3页，共100页221 镁合金的合金化特点镁合金的合金化特点v(1)晶体结构因素晶体结构因素 v根据休谟一饶塞里定则根据休谟一饶塞里定则(HumeRothery Rules)，金属结构相同，金属结构相同，原子尺寸、电化学特征相近，才能形成原子尺寸、电化学特征相近，才能形成无限固溶体无限固溶体。镁具有密排。镁具有密排六方晶体结构六方晶体结构(hcp)，其它常用的密排六方金属，其它常用的密排六方金属(如锌和铍如锌和铍)，不能满，不能满足上述条件，不能与镁形成无限固溶体。只有

3、镉可满足上述条件，足上述条件，不能与镁形成无限固溶体。只有镉可满足上述条件，在高温在高温(253)下，能与镁形成无限固溶体。下，能与镁形成无限固溶体。v(2)原子尺寸因素原子尺寸因素 v溶质和溶剂原子大小的相对差值在溶质和溶剂原子大小的相对差值在15以内才可能形成无限固溶体。以内才可能形成无限固溶体。如图如图2-1所示，对镁来说，金属元素中约有所示，对镁来说，金属元素中约有12可能形成无限固溶体，可能形成无限固溶体，约约110的金属元素相对差值在的金属元素相对差值在15左右，其它则在左右，其它则在15以外。以外。v 现在学习的是第4页，共100页v(3)电负性因素电负性因素 v溶质元素与溶剂元

4、素之间的电负性相差越大，生成的化合物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。越稳定。DarkenGurry理论认为，电负性差值大于理论认为，电负性差值大于0.4的元素的元素不易形成固溶体。不易形成固溶体。v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。形成化合物。这些化合物往往具有拉弗斯这些化合物往往具有拉弗斯(Laves)型结构，同型结构，同时其成分具有正常的化学价规律时其成分具有正常的化学价规律。v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拉弗斯相是一种金属间化合物，它借大小原子排列

5、的配合而实现密堆结构，其分子式为实现密堆结构，其分子式为AB2，A原子半径大于原子半径大于B原子半径。原子半径。v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。确定其结构类型和稳定性方面起着重要作用。现在学习的是第5页，共100页v典型的拉弗斯相包括三种：典型的拉弗斯相包括三种：MgCu2(立方立方)、MgZn2(六方六方)、MgNi2(六方六方)。vMgCu2型有型有LaMg2；vMgZn2型有型有BaMg2、CaMg2。v化合物的稳定性可用熔点来表示，表化合物的稳定性可用熔点来表示，表2-1列

6、出镁合金化合物的熔点。列出镁合金化合物的熔点。v可见，可见，Mg17Al12熔点最低，熔点最低，Mg2Si熔点最高。所以，熔点最高。所以，Mg-Al合金合金耐高温性能较差，而耐高温性能较差，而Mg-Si耐高温性能较好。耐高温性能较好。现在学习的是第6页，共100页表表2-1 镁合金化合物的熔点镁合金化合物的熔点现在学习的是第7页，共100页v(4)原子价因素原子价因素 v业已指出，当溶质和溶剂的原子价相差越大，则溶解度越小。业已指出，当溶质和溶剂的原子价相差越大，则溶解度越小。v与低价元素相比，较高价元素在镁中的溶解度较大。与低价元素相比，较高价元素在镁中的溶解度较大。v所以，尽管所以，尽管M

7、g-Ag和和Mg-In之间原子价差是相同的，但一价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。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。现在学习的是第8页，共100页222 镁合金成分与牌号镁合金成分与牌号 v目前，国际上倾向于采用美国试验材料协会目前，国际上倾向于采用美国试验材料协会(ASTM)使用的方使用的方法来标记镁合金。法来标记镁合金。v镁合金中合金元素代号见表镁合金中合金元素代号见表2-2。v镁合金牌号中两位数字表示主要合金元素的名义质量分数镁合金牌号中两位数字表示主要合金元素的名义质量分数()。其局限性是不能表示出有意添加的其它元素。其

8、局限性是不能表示出有意添加的其它元素。v由于这个原因，这种体系需要改进。由于这个原因，这种体系需要改进。v后缀字母后缀字母A、B、C、D、E等是指成分和特定范围纯度的变化。等是指成分和特定范围纯度的变化。v如如AZ91E表示主要合金元素为表示主要合金元素为Al和和Zn，其名义含量分别为，其名义含量分别为9和和1，E表示表示AZ91E是含是含9Al和和1Zn合金系列的第五位。合金系列的第五位。现在学习的是第9页，共100页表表2-2 镁合金中合金元素代号镁合金中合金元素代号 现在学习的是第10页，共100页223 镁合金的分类及热处理镁合金的分类及热处理 v镁合金的分类有三种方式：化学成分、成形

9、工艺和是否含锆。镁合金的分类有三种方式：化学成分、成形工艺和是否含锆。v根据化学成分，以五个主要合金元素根据化学成分，以五个主要合金元素Mn、Al、Zn、Zr和稀土和稀土为基础，组成基本合金系：为基础，组成基本合金系：Mg-Mn，Mg-Al-Mn，Mg-Al-Zn-Mn，Mg-Zr，Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr，Mg-Ag-RE-Zr，Mg-Y-RE-Zr。vTh也是镁合金的一种合金元素，组成合金系：也是镁合金的一种合金元素，组成合金系：Mg-Th-Zr，Mg-Th-Zn-Zr，Mg-Ag-Th-RE-Zr。因。因Th具有放射性，基本不再具有放射性，基本不再使用。使用。v按有无按有无Al

10、，分为含，分为含Al镁合金和不含镁合金和不含Al镁合金；镁合金；v按有无按有无Zr，可分含，可分含Zr合金和不含合金和不含Zr合金。合金。v根据加工工艺划分，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金两根据加工工艺划分，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金两大类大类(见图见图2-2)。两者没有严格的区分，铸造镁合金如。两者没有严格的区分，铸造镁合金如AZ91、AM20、AM50、AM60、AE42等也可以作为锻造镁合金。等也可以作为锻造镁合金。现在学习的是第11页，共100页图图2-2 镁合金的分类镁合金的分类 现在学习的是第12页，共100页v目前国外在工业中应用较广泛的镁合金是压铸镁合金，主要有以目

11、前国外在工业中应用较广泛的镁合金是压铸镁合金，主要有以下下4个系列：个系列：AZ系列系列Mg-Al-Zn；AM系列系列Mg-Al-Mn；AS系列系列Mg-Al-Si和和AE系列系列Mg-Al-RE。v我国铸造镁合金主要有如下三个系列：我国铸造镁合金主要有如下三个系列：Mg-Zn-Zr、Mg-Zn-Zr-RE和和Mg-Al-Zn系列。系列。v变形镁合金有变形镁合金有Mg-Mn、Mg-Al-Zn和和Mg-Zn-Zr。v中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比见表中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比见表2-3。v常见压铸镁合金和变形镁合金的化学成分分别见表常见压铸镁合金和变形镁合金的化学成分分别见表2-4、

12、表、表2-5。v镁合金热处理采用与铝合金同样的系统标示。镁合金热处理采用与铝合金同样的系统标示。v常用的有：常用的有：T4固溶处理，固溶处理，T5人工时效，人工时效，T6固溶处理后人工固溶处理后人工时效。时效。现在学习的是第13页，共100页表表2-3 中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比现在学习的是第14页，共100页表表2-4 压铸镁合金的化学成分压铸镁合金的化学成分(质量分数质量分数)现在学习的是第15页，共100页表表2-5 变形镁合金的化学成分变形镁合金的化学成分(质量分数质量分数)现在学习的是第16页，共100页2.2.4 合金元素对组织和性能的影响

13、合金元素对组织和性能的影响v合金元素对镁合金组织和性能有着重要影响。合金元素对镁合金组织和性能有着重要影响。v上面已经提到，加入不同合金元素，可以改变镁合金共晶化上面已经提到，加入不同合金元素，可以改变镁合金共晶化合物或第二相的组成、结构以及形态和分布，可得到性能完合物或第二相的组成、结构以及形态和分布，可得到性能完全不同的镁合金。全不同的镁合金。v镁合金的主要合金元素有镁合金的主要合金元素有Al、Zn和和Mn等，有害元素有等，有害元素有Fe、Ni和和Cu等等(见图见图2-3)。现在学习的是第17页，共100页图图2-3 合金元素和有害金属对镁的腐蚀速率的影响合金元素和有害金属对镁的腐蚀速率的

14、影响(3NaCl溶液溶液)现在学习的是第18页，共100页v(1)铝铝 v在固态镁中具有较大的固溶度，其极限固溶度为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。左右。v铝可改善压铸件的可铸造性，提高铸件强度。铝可改善压铸件的可铸造性，提高铸件强度。v但是，但是，Mg17Al12在晶界上析出会降低抗蠕变性能。特别是在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。合金中这一析出量会达到很高。v在铸造镁合金中铝含量可达到在铸造镁合金中铝含量可达到79，而在变形铝合金

15、中，而在变形铝合金中铝含量一般控制在铝含量一般控制在35。v铝含量越高，耐蚀性越好。但是，应力腐蚀敏感性随铝含铝含量越高，耐蚀性越好。但是，应力腐蚀敏感性随铝含量的增加而增加。量的增加而增加。现在学习的是第19页，共100页v(2)锌锌 v在镁合金中的固溶度约为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，其固溶度随温度的降低而显著减少。减少。v锌可以提高铸件的抗蠕变性能。锌可以提高铸件的抗蠕变性能。v锌含量大于锌含量大于2.5时对防腐性能有负面影响。时对防腐性能有负面影响。v原则上锌含量一般控制在原则上锌含量一般控制在2以下。以下。v锌能提高应力腐蚀的敏感性，明显地提高了镁合金的

16、疲劳极限。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。现在学习的是第20页，共100页v(3)锰锰 v在镁中的极限溶解度为在镁中的极限溶解度为3.4。v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，在镁合金中加入合金中加入12.5锰的主要目的是提高合金的抗应力腐蚀倾向，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。从而提高耐腐蚀性能和改善合金的焊接性能。v锰略微提高合金的熔点，在含铝的镁合金中可形成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，化合物，可提高镁合金的耐热性。

17、可提高镁合金的耐热性。v由于冶炼过程中带入较多的元素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，通常有意加入一定的合金元素Mn来去除来去除Fe。现在学习的是第21页，共100页v所以，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，如镁合金的韧性，如AM60，此类合金中，此类合金中Mn含量较高；二是形成中间含量较高；二是形成中间相相AlMn和和AIMnFe，此类合金中，此类合金中Mn含量较低。含量较低。v迄今为止，镁合金中含迄今为止，镁合金中含AlMn相的结构还不很清楚。相的结构还不很清楚。Mn与

18、与Al结合可结合可形成中间相：形成中间相：AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或或Al8Mn5。vWei 研究了压铸研究了压铸Mg-Al基镁合金，认为含基镁合金，认为含Mn相根据形态分两类：一相根据形态分两类：一种为花瓣形，另一种为等轴或短棒状。种为花瓣形，另一种为等轴或短棒状。vAlMn相在挤压镁合金相在挤压镁合金AM60组织中的结构为具有规则外形的等轴状。组织中的结构为具有规则外形的等轴状。现在学习的是第22页，共100页v(4)硅硅 v可改善压铸件的热稳定性能与抗蠕变性能。可改善压铸件的热稳定性能与抗蠕变性能。v因为在晶界处可形成细小弥散的析出相因为在晶界处可形成细小弥散的析出相

19、Mg2Si，它具有，它具有CaF2型面型面心立方晶体结构，有较高的熔点和硬度。心立方晶体结构，有较高的熔点和硬度。v但在铝含量较低时，共晶但在铝含量较低时，共晶Mg2Si相易呈汉字型，大大降低合金的强相易呈汉字型，大大降低合金的强度和塑性。度和塑性。v硅对应力腐蚀无影响。硅对应力腐蚀无影响。现在学习的是第23页，共100页v(5)锆锆 v在镁中的极限溶解度为在镁中的极限溶解度为3.8。vZr是高熔点金属，有较强的固溶强化作用。是高熔点金属，有较强的固溶强化作用。vZr与与Mg具有相同的晶体结构，具有相同的晶体结构，Mg-Zr合金在凝固时，会析出合金在凝固时，会析出-Zr，可作为结晶时的非自发形

20、核核心，因而可细化晶粒。，可作为结晶时的非自发形核核心，因而可细化晶粒。v在镁合金中加入在镁合金中加入0.50.8Zr，其细化晶粒效果最好。，其细化晶粒效果最好。vZr可减少热裂倾向和提高力学性能和耐蚀性，降低应力腐蚀可减少热裂倾向和提高力学性能和耐蚀性，降低应力腐蚀敏感性。敏感性。现在学习的是第24页，共100页v(6)钙钙 v可细化组织，可细化组织，Ca与镁形成具有六方与镁形成具有六方MgZn2型结构的高熔点型结构的高熔点Mg2Ca相，使蠕变抗力有所提高并进一步降低成本。相，使蠕变抗力有所提高并进一步降低成本。v但是，但是，Ca含量超过含量超过1时，容易产生热裂倾向。时，容易产生热裂倾向。

21、vCa对腐蚀性能产生不利影响，可能提高镁合金对腐蚀性能产生不利影响，可能提高镁合金Mg-9Al 抗应抗应力腐蚀性能。力腐蚀性能。现在学习的是第25页，共100页v(7)稀土元素稀土元素 v常用的稀土元素常用的稀土元素(RE)有有Y和混合稀土和混合稀土(MM)，混合稀土包括，混合稀土包括Ce、Pr、La、Nd等。等。v各种稀土元素在镁中的溶解度相差很大，各种稀土元素在镁中的溶解度相差很大，Y在镁中的极限固溶度最大，在镁中的极限固溶度最大，为为11.4；Nd居中，为居中，为3.6；La和和Ce最小，分别为最小，分别为0.79和和0.52。v稀土元素可显著提高镁合金的耐热性，细化晶粒，减少显微疏松和

22、热裂稀土元素可显著提高镁合金的耐热性，细化晶粒，减少显微疏松和热裂倾向，改善铸造性能和焊接性能，一般无应力腐蚀倾向，其耐蚀性不亚倾向，改善铸造性能和焊接性能，一般无应力腐蚀倾向，其耐蚀性不亚于其它镁合金。于其它镁合金。现在学习的是第26页，共100页vNd的综合性能最佳，能同时提高室温和高温强化效应；的综合性能最佳，能同时提高室温和高温强化效应；Ce和混合和混合稀土次之，有改善耐热性的作用，常温强化效果很弱；稀土次之，有改善耐热性的作用，常温强化效果很弱；La的的效果更差，两方面都赶不上效果更差，两方面都赶不上Nd和和Ce。vY和和Nd能细化晶粒，通过改变形变能细化晶粒，通过改变形变(滑移和孪

23、生滑移和孪生)机制，提高合金的机制，提高合金的韧性。韧性。v加入混合稀土能明显细化加入混合稀土能明显细化ZK60镁合金的晶粒组织，提高镁合金的晶粒组织，提高ZK60镁合镁合金的抗拉强度和屈服强度。金的抗拉强度和屈服强度。vCe对镁合金应力腐蚀性能无影响。对镁合金应力腐蚀性能无影响。vRE能提高镁铝合金能提高镁铝合金Mg-9Al 的抗应力腐蚀性能。的抗应力腐蚀性能。现在学习的是第27页，共100页vFe、Ni、Cu、Co四种元素在镁中的固溶度很小，在其浓度小于四种元素在镁中的固溶度很小，在其浓度小于0.2时就对镁产生非常有害的影响，加速镁的腐蚀。时就对镁产生非常有害的影响，加速镁的腐蚀。v合金元

24、素对镁合金性能的影响见表合金元素对镁合金性能的影响见表2-6。现在学习的是第28页，共100页表表2-6 合金元素对镁合金性能的影响合金元素对镁合金性能的影响 现在学习的是第29页，共100页续表续表 现在学习的是第30页，共100页2.3 铸造镁合金组织和性能铸造镁合金组织和性能v镁合金铸造有多种方法，包括重力铸造和压力铸造：砂型铸造、镁合金铸造有多种方法，包括重力铸造和压力铸造：砂型铸造、永久模铸造、半永久模铸造、熔模铸造、挤压铸造、低压铸造永久模铸造、半永久模铸造、熔模铸造、挤压铸造、低压铸造和高压铸造。和高压铸造。v通常所说的压铸通常所说的压铸(Die Casting)是指高压铸造，以

25、区分重力铸造和低是指高压铸造，以区分重力铸造和低压铸造。压铸造。v对于具体材料，应根据其化学成分、工艺要求来选择合适的铸造方法。对于具体材料，应根据其化学成分、工艺要求来选择合适的铸造方法。v合金成分和铸造工艺对组织结构有重要的影响。合金成分和铸造工艺对组织结构有重要的影响。v合金元素，尤其是稀土元素合金元素，尤其是稀土元素RE引起中间相结构的复杂变化，对镁引起中间相结构的复杂变化，对镁合金的组织和性能产生很大的影响。合金的组织和性能产生很大的影响。现在学习的是第31页，共100页2.3.1 Mg-Al系合金组织系合金组织 v根据根据Mg-Al二元相图二元相图(见图见图2-4)，Mg-Al系铸

26、造合金组织在平系铸造合金组织在平衡状态下是由衡状态下是由 相和相和 (Mg17Al12)相组成的。相组成的。vMg17Al12相为体心立方相为体心立方(bcc)晶体结构，其点阵常数为晶体结构，其点阵常数为a=1.05438nm。v 相的数量随铝含量的增加而增多。相的数量随铝含量的增加而增多。现在学习的是第32页，共100页图图2-4 Mg-Al二元相图二元相图 现在学习的是第33页，共100页2311 Mg-Al-Zn合金合金v Mg-Al-Zn合金最典型和常用的镁合金是合金最典型和常用的镁合金是AZ91D，其压铸组织，其压铸组织是由是由 相和在晶界析出的相和在晶界析出的相组成相组成(见图见图

27、2-5)。v Mg-Al-Zn合金组织成分常常出现晶内偏析现象，先结晶部分含合金组织成分常常出现晶内偏析现象，先结晶部分含Al量较多，后结晶部分含量较多，后结晶部分含Mg量较多。晶界含量较多。晶界含Al量较高，晶内含量较高，晶内含Al量较低；表层量较低；表层Al含量较高，里层含量较高，里层Al含量较低。含量较低。v 另外，由于冷却速度的差异，导致压铸组织表层组织致密、另外，由于冷却速度的差异，导致压铸组织表层组织致密、晶粒细小；而心部组织晶粒比较粗大。因而表面层硬度明显晶粒细小；而心部组织晶粒比较粗大。因而表面层硬度明显高于心部硬度。高于心部硬度。v 研究表明，随研究表明，随AZ91D压铸件厚

28、度的增加，铸件的抗拉强度及压铸件厚度的增加，铸件的抗拉强度及蠕变抗力下降。蠕变抗力下降。现在学习的是第34页，共100页图图2-5 压铸压铸AZ91D镁合金组织镁合金组织 现在学习的是第35页，共100页v随随Zn含量的增加，含量的增加，(Mg17Al12)相中合金成分会变成三元金属间化相中合金成分会变成三元金属间化合物合物MgxZnyAlz型。型。v例如，图例如，图2-6表示砂型铸造合金表示砂型铸造合金AZ92和和AZ63的成分，的成分，AZ92合金只合金只有有Mg17Al12，而，而AZ63合金除合金除Mg17Al12以外，还有三元化合物以外，还有三元化合物Al3Mg3Zn2。Mg-10Z

29、n-4Al合金中只有合金中只有Mg32(Al，Zn)49；Mg-10Zn-6Al合金中的金属间化合物主要是合金中的金属间化合物主要是Al2Mg5Zn2。v压铸组织耐蚀性比砂型铸造的要好。这是压铸组织表面铝含量较高压铸组织耐蚀性比砂型铸造的要好。这是压铸组织表面铝含量较高的缘故。镁合金的力学性能随的缘故。镁合金的力学性能随Al含量的增加而提高。含量的增加而提高。v尽管压铸方法能很大程度地减少组织中铸造缺陷尽管压铸方法能很大程度地减少组织中铸造缺陷(如空洞、缩孔等如空洞、缩孔等)，但不可避免地组织中还会存在一些缺陷。这些缺陷将会降低镁，但不可避免地组织中还会存在一些缺陷。这些缺陷将会降低镁合金的力

30、学性能。合金的力学性能。v实验表明，铸造缺陷对疲劳性能有很大影响，往往是疲劳裂纹源。减少实验表明，铸造缺陷对疲劳性能有很大影响，往往是疲劳裂纹源。减少缺陷数量和尺寸，将显著地提高铸造镁合金的疲劳性能。缺陷数量和尺寸，将显著地提高铸造镁合金的疲劳性能。现在学习的是第36页，共100页图图2-6 Mg-Al-Zn合金系镁角的三元等温截面图合金系镁角的三元等温截面图 注：注：实线表示在给定温度下的固溶度极限的等温线。虚线把铸态合金的组织分成两区。虚实线表示在给定温度下的固溶度极限的等温线。虚线把铸态合金的组织分成两区。虚线左侧的组织为固溶体和粗大的线左侧的组织为固溶体和粗大的Mg17Al12，这一区

31、域内的黑点为合金，这一区域内的黑点为合金AZ92。虚线右侧的铸。虚线右侧的铸态组织为固溶体、粗大的态组织为固溶体、粗大的Mg17Al12以及三元合金化合物以及三元合金化合物 Mg3Zn2Al3，例如白点处的成，例如白点处的成分为合金分为合金AZ63。其典型合金为其典型合金为AM50和和AM60，可用于要求高伸长率、高韧性和高抗弯曲性能，可用于要求高伸长率、高韧性和高抗弯曲性能的工件，如轮毂、座椅架及车门等。的工件，如轮毂、座椅架及车门等。现在学习的是第37页，共100页2312 Mg-Al-Mn合金合金v依据依据Mg-Al-Mn合金相图合金相图2-7，其典型组织是除存在，其典型组织是除存在 相

32、和在晶界沉淀相和在晶界沉淀析出的析出的 相相(Mg17Al12)以外，还存在含以外，还存在含Mn的中间相。的中间相。v根据合金中根据合金中Al的含量高低，这种中间相可能是的含量高低，这种中间相可能是AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或或A15Mn8。vAM60中中AlMn相粒子在扫描照片中为白色相粒子在扫描照片中为白色见图见图2-8(a)。由能谱分。由能谱分析其主要成分为析其主要成分为AlMn(原子比原子比)1.121.15：1(见表见表2-7)。vAlMn相形状多为具有规则几何形状相形状多为具有规则几何形状(如四方形如四方形)，少量圆形、短棒形，少量圆形、短棒形等外形。长轴方向和短

33、轴方向没有明显差异，最大尺寸在等外形。长轴方向和短轴方向没有明显差异，最大尺寸在10m左左右。右。AlMn相有明显的偏聚趋势。相有明显的偏聚趋势。现在学习的是第38页，共100页图图2-7 Mg-Al-Mn三元相图三元相图 现在学习的是第39页，共100页图图2-8 AM60和和AZ61中中AlMn相相SEM形貌形貌 现在学习的是第40页，共100页v不但不但Mg-Al-Mn合金存在合金存在AlMn粒子，而且粒子，而且Mg-Al-Zn合金中也可能合金中也可能存在存在AlMn粒子粒子(见表见表2-7)，这可能是由于在镁合金的冶炼过程中，为除，这可能是由于在镁合金的冶炼过程中，为除去有害元素去有害

34、元素Fe而有意加入而有意加入Mn元素所产生的。元素所产生的。v图图2-8(b)所示为所示为AZ61中中AlMn粒子形貌。粒子形貌。现在学习的是第41页，共100页表表2-7 能谱分析能谱分析AlMn相化学成分相化学成分at.现在学习的是第42页，共100页2313 Mg-Al-RE合金合金vMg-RE系相图显示系相图显示RE在在Mg中形成中形成有限有限固溶体，产生细小的固溶体，产生细小的Mg3RE和和Mg12RE粒子沉淀强化。粒子沉淀强化。v在在Mg-Al合金中加入合金中加入RE，RE优先结合优先结合Al而不会与而不会与Mg形成化合物或形成化合物或Mg-Al-RE三元相，可能形成三元相，可能形

35、成Mg12RE、Al11RE3(或或Al4MM)和和Al10RE2Mn7等化合物。等化合物。vMg-Al-RE合金合金(如如AE21、AE41)的典型组织为基体的典型组织为基体-Mg和中间相和中间相Al4MM(MM指混合稀土指混合稀土)及及Al12Mg17，不存在三元，不存在三元Mg-Al-RE相。相。vAl4MM的结构类似于的结构类似于Al4Ce化合物，具有体心正交晶体结构，其点化合物，具有体心正交晶体结构，其点阵常数为阵常数为a=0.4395nm，b=1.3025nm，c=1.0092nm。现在学习的是第43页，共100页v然而，在然而，在Mg-4Al-1.4RE(50Ce，25La，20

36、Nd，3Pr)的铸态组织里，因为的铸态组织里，因为Al的存在，的存在，RE与与Al化合形成了化合形成了Al11RE13和和Al10RE2Mn7两相。两相。v这是由于这是由于Al在在Mg基体里产生偏析，基体里产生偏析，Al在晶界处的浓度估计要高于晶在晶界处的浓度估计要高于晶内内(31)倍。倍。vX射线能谱射线能谱(EDS)证实在晶粒内部证实在晶粒内部Al的含量为的含量为1.52.0，而在不，而在不同的晶界处同的晶界处Al的含量在的含量在47之间变化。之间变化。v-Al12Mg17相或者是在晶界附近呈薄且平行的板条状，或者是在相或者是在晶界附近呈薄且平行的板条状，或者是在晶界上生长成较大的粒子。晶

37、界上生长成较大的粒子。v在在Mg基体基面上生长的板条状基体基面上生长的板条状 相具有如下位相关系：相具有如下位相关系：(0001)Mg|(1-10)和和(01-10)Mg|(11-2)。其典型合金为。其典型合金为AE42，可用于高温下要求高蠕变强度的部件。可用于高温下要求高蠕变强度的部件。现在学习的是第44页，共100页2314 Mg-Al-Si合金合金v AS系耐热镁合金组织特征是在晶界处形成细小弥散分布的稳定析出相系耐热镁合金组织特征是在晶界处形成细小弥散分布的稳定析出相Mg2Si，它具有，它具有Ca2F型面心立方晶体结构，较高的熔点型面心立方晶体结构，较高的熔点(1085)、硬、硬度度(

38、460HV0.3)和较低的密度和较低的密度(1.9gcm3)。vMg2Si提高合金的抗蠕变能力。提高合金的抗蠕变能力。v其典型合金为其典型合金为AS41和和AS21，适合于较高温度，适合于较高温度(150)下强度较高下强度较高的部件。的部件。现在学习的是第45页，共100页2315 Mg-Al-Ca合金合金vMg-Al-Ca合金组织特征是存在合金组织特征是存在Al2Ca和和Mg2Ca化合物。化合物。vMg-Al-Ca合金具有较高的耐热性和阻燃性，但是耐蚀性有所降低。合金具有较高的耐热性和阻燃性，但是耐蚀性有所降低。v日本开发了一种新的耐热镁合金日本开发了一种新的耐热镁合金(ACM522)，其成

39、分为，其成分为Mg-5Al-2Ca-2MM-0.3Mn。其组织为初生。其组织为初生(Mg)相，在晶界分散着的黑色相，在晶界分散着的黑色粒子为粒子为Al-Ce相，浅色的化合物为相，浅色的化合物为Al-Ca、Mg-Ca等相。该合金可在等相。该合金可在150200范围使用。范围使用。现在学习的是第46页，共100页232 Mg-Zn系合金系合金 vMg-Zn系合金组织特征是可能含有系合金组织特征是可能含有Mg51Zn20、Mg7Zn3、MgZn、Mg2Zn3或或MgZn2等共晶化合物。等共晶化合物。v在在Mg-9Zn二元合金中由共晶反应生成的离异共晶沉淀物主要二元合金中由共晶反应生成的离异共晶沉淀物

40、主要为为Mg51Zn20，其晶体结构为十二面体配位多面体结构，晶体空间，其晶体结构为十二面体配位多面体结构，晶体空间点阵为正交系，空间群为点阵为正交系，空间群为Immm，点阵常数为，点阵常数为a=1.4083nm，b=1.4486nm，c=1.4025nm。现在学习的是第47页，共100页v根据根据Mg-Zn二元相图，共晶反应的结果产生了大量的共晶沉淀二元相图，共晶反应的结果产生了大量的共晶沉淀物物Mg51Zn20和与之相应的和与之相应的Mg7Zn3。有时能发现在晶界上粗大。有时能发现在晶界上粗大的的Mg51Zn20。v共晶相里还存在一些较小的沉淀相，通过电子衍射证实这种相有着与共晶相里还存在

41、一些较小的沉淀相，通过电子衍射证实这种相有着与MgZn2拉弗斯相相同的晶体结构。拉弗斯相相同的晶体结构。v在共晶区域里共有三种不同的组织形貌，除了在共晶区域里共有三种不同的组织形貌，除了Mg51Zn20沉淀粒子外，沉淀粒子外，还有另外两种不同形貌的化合物：一种形貌是片状沉淀还有另外两种不同形貌的化合物：一种形貌是片状沉淀MgZn相，相，它是在凝固冷却过程中它是在凝固冷却过程中Mg51Zn20部分分解产生的，其反应式为部分分解产生的，其反应式为Mg51Zn20(Mg)+MgZn；另一种形貌是由在共晶体粒子外层的；另一种形貌是由在共晶体粒子外层的Mg51Zn20分解为片状的分解为片状的(Mg)和和

42、MgZn相，及在此共晶体粒子里相，及在此共晶体粒子里层的层的Mg51Zn20分解为分解为(Mg)+MgZn相构成的。相构成的。现在学习的是第48页，共100页v经经315、4h固溶处理，然后水淬的组织则为固溶处理，然后水淬的组织则为Mg51Zn20粒子完粒子完全分解后形成的中间相与全分解后形成的中间相与(Mg)交织在一起的紧密混合物。这种中间交织在一起的紧密混合物。这种中间相具有与相具有与MgZn2拉弗斯相一致的晶体结构。拉弗斯相一致的晶体结构。v在在Mg-Zn(4Zn)合金中加人大于合金中加人大于0.5Ca在在167(440K)以下析出以下析出数原子层的细小板条状沉淀物，此时此材料具有良好的

43、蠕变性能。其数原子层的细小板条状沉淀物，此时此材料具有良好的蠕变性能。其组织为组织为(Mg)基体和黑色化合物基体和黑色化合物Mg2Ca及白色化合物及白色化合物Mg5Ca2Zn5。vZE系列合金的高温性能显著优于系列合金的高温性能显著优于AZ91合金。合金。vZE41、ZC63是是Mg-Zn系耐热合金，其常温屈服强度高，高温性能系耐热合金，其常温屈服强度高，高温性能好。好。现在学习的是第49页，共100页2321 Mg-Zn-MM(混合稀土混合稀土)合金合金v由于加入由于加入1.5MM对对Mg-8Zn合金组织有强烈的影响，所以合金组织有强烈的影响，所以Mg-8Zn-1.5MM合金共晶相组织有三种

44、不同的共晶相，但从它们的合金共晶相组织有三种不同的共晶相，但从它们的形貌上不能区分彼此。形貌上不能区分彼此。v这三种相分别是这三种相分别是T相、相、Mg4Zn7相和相和MgZn2拉弗斯相。拉弗斯相。vT相主要为三元共晶相相主要为三元共晶相Mg52.6Zn39.5MM7.9或或(MG，Zn)92.1MM7.9，具有，具有C心正交晶体结构，其点阵常数为心正交晶体结构，其点阵常数为a=0.96nm，b=1.12nm，c=0.94nm；Mg4Zn7相有一个相有一个B心单斜心单斜B2m晶体晶体结构，其点阵常数为结构，其点阵常数为a=2.596nm，b=1.428nm，c=0.524nm和和=102.50

45、。现在学习的是第50页，共100页2322 Mg-Zn-Al(-Ca)合金合金vMg-Zn-Al合金组织特征是存在合金组织特征是存在MgxZnyAlz和和MgZn中间相。中间相。v在含大约在含大约2Al的镁合金里存在的镁合金里存在MgZn化合物，但不存在化合物，但不存在Al12Mg17化合物。化合物。v例如，例如，ZA102、ZA106的组织为的组织为基体、晶界共晶体基体、晶界共晶体相和在晶界相和在晶界沉积的粗大的沉积的粗大的(MgxZnyAlz)相。相。vMg-9Zn-4.5Al-0.6Ca合金组织的主要共晶化合物是合金组织的主要共晶化合物是Mg32(A1，Zn)49和和MgZn，其共晶化合

46、物的数量随，其共晶化合物的数量随Zn和和Al含量的增含量的增加而增加。加而增加。vCa、Sr加入加入ZA142和和ZA144合金能够提高其抗蠕变能力，但合金能够提高其抗蠕变能力，但Ca的的作用比作用比Sr更明显。更明显。vCa和和Sr作为溶质虽然一定程度地存在于作为溶质虽然一定程度地存在于Mg基体中，但是大量地还基体中，但是大量地还是存在于是存在于MgxZnyAlz相中。相中。现在学习的是第51页，共100页233 铸造镁合金的性能铸造镁合金的性能 v 国外常用压铸镁合金的典型力学性能见表国外常用压铸镁合金的典型力学性能见表2-8，砂型铸造镁合金，砂型铸造镁合金Mg-Al-Zn和和Mg-Zr的

47、力学性能和疲劳性能分别见表的力学性能和疲劳性能分别见表2-9、表、表2-10。现在学习的是第52页，共100页表表2-8 国外常用压铸镁合金国外常用压铸镁合金(棒料棒料)的典型力学性能的典型力学性能无缺口夏氏无缺口夏氏试验试验。现在学习的是第53页，共100页表表2-9 砂型铸造镁合金砂型铸造镁合金Mg-Al-Zn的力学性能和疲劳性能的力学性能和疲劳性能 现在学习的是第54页，共100页表表2-10 砂型铸造镁合金砂型铸造镁合金Mg-Zr的力学性能和疲劳性能的力学性能和疲劳性能 现在学习的是第55页，共100页24 变形镁合金组织及性能变形镁合金组织及性能v许多镁合金既可做铸造镁合金又可做变形

48、镁合金。许多镁合金既可做铸造镁合金又可做变形镁合金。v变形镁合金经过挤压、轧制和锻造等工艺后具有比相同成分的变形镁合金经过挤压、轧制和锻造等工艺后具有比相同成分的铸造镁合金更高的力学性能铸造镁合金更高的力学性能(见图见图2-9)。v变形镁合金制品有轧制薄板、挤压件变形镁合金制品有轧制薄板、挤压件(如棒、型材和管材如棒、型材和管材)和锻件等。和锻件等。v这些产品具有更低成本、更高强度和延展性以及多样化的力学这些产品具有更低成本、更高强度和延展性以及多样化的力学性能等优点。其工作温度不超过性能等优点。其工作温度不超过150。现在学习的是第56页，共100页v在变形镁合金中，常用的合金系是在变形镁合

49、金中，常用的合金系是Mg-Al系与系与Mg-Zn-Zr系。系。vMg-Al系变形合金一般属于中等强度，塑性较高的变形镁材料，系变形合金一般属于中等强度，塑性较高的变形镁材料，铝含量约为铝含量约为08，典型的合金为，典型的合金为AZ31、AZ61和和AZ80合金，由合金，由于于Mg-Al合金具有良好的强度、塑性和耐腐蚀综合性能，而且价格较低，合金具有良好的强度、塑性和耐腐蚀综合性能，而且价格较低，因此是最常用的合金系列。因此是最常用的合金系列。vMg-Zn-Zr系合金一般属于高强度材料，变形能力不如系合金一般属于高强度材料，变形能力不如Mg-Al系系合金，常要用挤压工艺生产，典型合金为合金，常要

50、用挤压工艺生产，典型合金为ZK60合金。常用变形合金。常用变形镁合金有镁合金有AZ31B、AZ61A、AZ80A和和ZK60等，其化学成分见表等，其化学成分见表2-5。现在学习的是第57页，共100页v典型的含稀土的变形镁合金有典型的含稀土的变形镁合金有ZE10A(Mg-1.5Zn-0.2RE)。v由于变形镁合金的开发与应用还不够充分，有关稀土对其组织和由于变形镁合金的开发与应用还不够充分，有关稀土对其组织和性能影响的研究远不如在铸造镁合金中的那么深入，只有少量性能影响的研究远不如在铸造镁合金中的那么深入，只有少量相关报道。相关报道。v在镁中加锂元素能获得超轻变形镁锂合金，它是迄今为止最轻的金