鎂合金的成分、組織和力學(xué)性能ppt課件

1、第 2 章鎂合金的成分、組織和性能2. 1 概述 工業(yè)用鎂的純度可到達(dá)99.9，但是純鎂不能用作構(gòu)造資料。在純鎂中參與鋁、鋅、鋰、錳、鋯和稀土等元素構(gòu)成的鎂合金具有較高的強度，可以作為構(gòu)造資料廣泛運用。在20世紀(jì)20年代至30年代晚期，鎂合金的開發(fā)和運用到達(dá)第一個頂峰；在20世紀(jì)50年代，到達(dá)第二個頂峰；從20世紀(jì)90年代至今是第三個頂峰。 2. 2 鎂合金成分對性能的影響 221 鎂合金的合金化特點(1) 晶體構(gòu)造要素 根據(jù)休謨一饒塞里定那么(HumeRothery Rules)，金屬構(gòu)造一樣，原子尺寸、電化學(xué)特征相近，才干構(gòu)成無限固溶體。鎂具有密排六方晶體構(gòu)造(hcp)，其它常用的密排六方

2、金屬(如鋅和鈹)，不能滿足上述條件，不能與鎂構(gòu)成無限固溶體。只需鎘可滿足上述條件，在高溫(253)下，能與鎂構(gòu)成無限固溶體。(2) 原子尺寸要素 溶質(zhì)和溶劑原子大小的相對差值在15以內(nèi)才能夠構(gòu)成無限固溶體。如圖2-1所示，對鎂來說，金屬元素中約有12能夠構(gòu)成無限固溶體，約110的金屬元素相對差值在15左右，其它那么在15以外。 (3) 電負(fù)性要素 溶質(zhì)元素與溶劑元素之間的電負(fù)性相差越大，生成的化合物越穩(wěn)定。DarkenGurry實際以為，電負(fù)性差值大于0.4的元素不易構(gòu)成固溶體。鎂具有較強的正電性，當(dāng)它與負(fù)電性元素構(gòu)成合金時，幾乎一定構(gòu)成化合物。這些化合物往往具有拉弗斯(Laves)型構(gòu)造，同

3、時其成分具有正常的化學(xué)價規(guī)律。拉弗斯相是一種金屬間化合物，它借大小原子陳列的配合而實現(xiàn)密堆構(gòu)造，其分子式為AB2，A原子半徑大于B原子半徑。雖然構(gòu)成拉弗斯相的主要要素是尺寸要素，但是電子濃度在確定其構(gòu)造類型和穩(wěn)定性方面起著重要作用。典型的拉弗斯相包括三種：MgCu2(立方)、MgZn2(六方)、MgNi2(六方)。MgCu2型有LaMg2；MgZn2型有BaMg2、CaMg2?；衔锏姆€(wěn)定性可用熔點來表示，表2-1列出鎂合金化合物的熔點?？梢?，Mg17Al12熔點最低，Mg2Si熔點最高。所以，Mg-Al合金耐高溫性能較差，而Mg-Si耐高溫性能較好。表2-1 鎂合金化合物的熔點(4) 原子價

4、要素 業(yè)已指出，當(dāng)溶質(zhì)和溶劑的原子價相差越大，那么溶解度越小。與低價元素相比，較高價元素在鎂中的溶解度較大。所以，雖然Mg-Ag和Mg-In之間原子價差是一樣的，但一價銀在二價鎂中的溶解度比三價銦在鎂中的溶解度要小得多。 222 鎂合金成分與牌號 目前，國際上傾向于采用美國實驗資料協(xié)會(ASTM)運用的方法來標(biāo)志鎂合金。鎂合金中合金元素代號見表2-2。鎂合金牌號中兩位數(shù)字表示主要合金元素的名義質(zhì)量分?jǐn)?shù)()。其局限性是不能表示出有意添加的其它元素。由于這個緣由，這種體系需求改良。后綴字母A、B、C、D、E等是指成分和特定范圍純度的變化。如AZ91E表示主要合金元素為Al和Zn，其名義含量分別為9

5、和1，E表示AZ91E是含9Al和1Zn合金系列的第五位。 表2-2 鎂合金中合金元素代號 223 鎂合金的分類及熱處置 鎂合金的分類有三種方式：化學(xué)成分、成形工藝和能否含鋯。根據(jù)化學(xué)成分，以五個主要合金元素Mn、Al、Zn、Zr和稀土為根底，組成根本合金系：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。Th也是鎂合金的一種合金元素，組成合金系：Mg-Th-Zr，Mg-Th-Zn-Zr，Mg-Ag-Th-RE-Zr。因Th具有放射性，根本不再運用。按有無Al，分為含Al鎂合金和不含Al鎂合金；

6、按有無Zr，可分含Zr合金和不含Zr合金。根據(jù)加工工藝劃分，鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩大類(見圖2-2)。兩者沒有嚴(yán)厲的區(qū)分，鑄造鎂合金如AZ91、AM20、AM50、AM60、AE42等也可以作為鍛造鎂合金。 圖2-2 鎂合金的分類 目前國外在工業(yè)中運用較廣泛的鎂合金是壓鑄鎂合金，主要有以下4個系列：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。我國鑄造鎂合金主要有如下三個系列：Mg-Zn-Zr、Mg-Zn-Zr-RE和Mg-Al-Zn系列。變形鎂合金有Mg-Mn、Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr。中國鎂合金牌號與美國鎂合

7、金牌號對比見表2-3。常見壓鑄鎂合金和變形鎂合金的化學(xué)成分分別見表2-4、表2-5。鎂合金熱處置采用與鋁合金同樣的系統(tǒng)標(biāo)示。常用的有：T4固溶處置，T5人工時效，T6固溶處置后人工時效。 表2-3 中國鎂合金牌號與美國鎂合金牌號對比表2- 4 壓鑄鎂合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 表2-5 變形鎂合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 2. 2. 4 合金元素對組織和性能的影響合金元素對鎂合金組織和性能有著重要影響。上面曾經(jīng)提到，參與不同合金元素，可以改動鎂合金共晶化合物或第二相的組成、構(gòu)造以及形狀和分布，可得到性能完全不同的鎂合金。鎂合金的主要合金元素有Al、Zn和Mn等，有害元素有Fe、Ni和Cu等(見圖

8、2-3)。 圖2- 3 合金元素和有害金屬對鎂的腐蝕速率的影響 (3NaCl溶液) (1) 鋁 在固態(tài)鎂中具有較大的固溶度，其極限固溶度為12.7，而且隨溫度的降低顯著減少，在室溫時的固溶度為2.0左右。鋁可改善壓鑄件的可鑄造性，提高鑄件強度。但是，Mg17Al12在晶界上析出會降低抗蠕變性能。特別是在AZ91合金中這一析出量會到達(dá)很高。在鑄造鎂合金中鋁含量可到達(dá)79，而在變形鋁合金中鋁含量普通控制在35。鋁含量越高，耐蝕性越好。但是，應(yīng)力腐蝕敏感性隨鋁含量的添加而添加。 (2) 鋅 在鎂合金中的固溶度約為6.2，其固溶度隨溫度的降低而顯著減少。鋅可以提高鑄件的抗蠕變性能。鋅含量大于2.5時對

9、防腐性能有負(fù)面影響。原那么上鋅含量普通控制在2以下。鋅能提高應(yīng)力腐蝕的敏感性，明顯地提高了鎂合金的疲勞極限。(3) 錳 在鎂中的極限溶解度為3.4。在鎂中參與錳對合金的力學(xué)性能影響不大，但降低塑性，在鎂合金中參與12.5錳的主要目的是提高合金的抗應(yīng)力腐蝕傾向，從而提高耐腐蝕性能和改善合金的焊接性能。錳略微提高合金的熔點，在含鋁的鎂合金中可構(gòu)成MgFeMn化合物，可提高鎂合金的耐熱性。由于冶煉過程中帶入較多的元素Fe，通常有意參與一定的合金元素Mn來去除Fe。所以，Mn在鎂合金中存在有兩類作用：一是作為合金元素，可以提高鎂合金的韌性，如AM60，此類合金中Mn含量較高；二是構(gòu)成中間相AlMn和A

10、IMnFe，此類合金中Mn含量較低。迄今為止，鎂合金中含AlMn相的構(gòu)造還不很清楚。Mn與Al結(jié)合可構(gòu)成中間相：AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或Al8Mn5。Wei 研討了壓鑄Mg-Al基鎂合金，以為含Mn相根據(jù)形狀分兩類：一種為花瓣形，另一種為等軸或短棒狀。AlMn相在擠壓鎂合金AM60組織中的構(gòu)造為具有規(guī)那么外形的等軸狀。 (4) 硅 可改善壓鑄件的熱穩(wěn)定性能與抗蠕變性能。由于在晶界處可構(gòu)成細(xì)小彌散的析出相Mg2Si，它具有CaF2型面心立方晶體構(gòu)造，有較高的熔點和硬度。但在鋁含量較低時，共晶Mg2Si相易呈漢字型，大大降低合金的強度和塑性。硅對應(yīng)力腐蝕無影響。 (5) 鋯

11、在鎂中的極限溶解度為3.8。Zr是高熔點金屬，有較強的固溶強化作用。Zr與Mg具有一樣的晶體構(gòu)造，Mg-Zr合金在凝固時，會析出-Zr，可作為結(jié)晶時的非自發(fā)形核中心，因此可細(xì)化晶粒。在鎂合金中參與0.50.8Zr，其細(xì)化晶粒效果最好。Zr可減少熱裂傾向和提高力學(xué)性能和耐蝕性，降低應(yīng)力腐蝕敏感性。(6) 鈣 可細(xì)化組織，Ca與鎂構(gòu)成具有六方MgZn2型構(gòu)造的高熔點Mg2Ca相，使蠕變抗力有所提高并進(jìn)一步降低本錢。但是，Ca含量超越1時，容易產(chǎn)生熱裂傾向。Ca對腐蝕性能產(chǎn)生不利影響，能夠提高鎂合金Mg-9Al 抗應(yīng)力腐蝕性能。(7) 稀土元素 常用的稀土元素(RE)有Y和混合稀土(MM)，混合稀土

12、包括Ce、Pr、La、Nd等。各種稀土元素在鎂中的溶解度相差很大，Y在鎂中的極限固溶度最大，為11.4；Nd居中，為3.6；La和Ce最小，分別為0.79和0.52。稀土元素可顯著提高鎂合金的耐熱性，細(xì)化晶粒，減少顯微疏松和熱裂傾向，改善鑄造性能和焊接性能，普通無應(yīng)力腐蝕傾向，其耐蝕性不亞于其它鎂合金。Nd的綜合性能最正確，能同時提高室溫暖高溫強化效應(yīng)；Ce和混合稀土次之，有改善耐熱性的作用，常溫強化效果很弱；La的效果更差，兩方面都趕不上Nd和Ce。Y和Nd能細(xì)化晶粒，經(jīng)過改動形變(滑移和孿生)機制，提高合金的韌性。參與混合稀土能明顯細(xì)化ZK60鎂合金的晶粒組織，提高ZK60鎂合金的抗拉強度

13、和屈服強度。Ce對鎂合金應(yīng)力腐蝕性能無影響。RE能提高鎂鋁合金Mg-9Al 的抗應(yīng)力腐蝕性能。 Fe、Ni、Cu、Co四種元素在鎂中的固溶度很小，在其濃度小于0.2時就對鎂產(chǎn)生非常有害的影響，加速鎂的腐蝕。合金元素對鎂合金性能的影響見表2-6。 表2- 6 合金元素對鎂合金性能的影響 續(xù)表 2. 3 鑄造鎂合金組織和性能鎂合金鑄造有多種方法，包括重力鑄造和壓力鑄造：砂型鑄造、永久模鑄造、半永久模鑄造、熔模鑄造、擠壓鑄造、低壓鑄造和高壓鑄造。通常所說的壓鑄(Die Casting)是指高壓鑄造，以區(qū)分重力鑄造和低壓鑄造。對于詳細(xì)資料，應(yīng)根據(jù)其化學(xué)成分、工藝要求來選擇適宜的鑄造方法。合金成分和鑄造

14、工藝對組織構(gòu)造有重要的影響。合金元素，尤其是稀土元素RE引起中間相構(gòu)造的復(fù)雜變化，對鎂合金的組織和性能產(chǎn)生很大的影響。 2. 3. 1 Mg-Al系合金組織 根據(jù)Mg-Al二元相圖(見圖2-4)，Mg-Al系鑄造合金組織在平衡形狀下是由相和 (Mg17Al12)相組成的。Mg17Al12相為體心立方(bcc)晶體構(gòu)造，其點陣常數(shù)為a=1.05438nm。相的數(shù)量隨鋁含量的添加而增多。 圖2- 4 Mg-Al二元相圖 2311 Mg-Al-Zn合金 Mg-Al-Zn合金最典型和常用的鎂合金是AZ91D，其壓鑄組織是由相和在晶界析出的相組成(見圖2-5)。 Mg-Al-Zn合金組織成分經(jīng)常出現(xiàn)晶內(nèi)

15、偏析景象，先結(jié)晶部分含Al量較多，后結(jié)晶部分含Mg量較多。晶界含Al量較高，晶內(nèi)含Al量較低；表層Al含量較高，里層Al含量較低。 另外，由于冷卻速度的差別，導(dǎo)致壓鑄組織表層組織致密、晶粒細(xì)小；而心部組織晶粒比較粗大。因此外表層硬度明顯高于心部硬度。 研討闡明，隨AZ91D壓鑄件厚度的添加，鑄件的抗拉強度及蠕變抗力下降。 圖2- 5 壓鑄AZ91D鎂合金組織 隨Zn含量的添加，(Mg17Al12)相中合金成分會變成三元金屬間化合物MgxZnyAlz型。例如，圖2-6表示砂型鑄造合金AZ92和AZ63的成分，AZ92合金只需Mg17Al12，而AZ63合金除Mg17Al12以外，還有三元化合物A

16、l3Mg3Zn2。Mg-10Zn-4Al合金中只需Mg32(Al，Zn)49；Mg-10Zn-6Al合金中的金屬間化合物主要是Al2Mg5Zn2。壓鑄組織耐蝕性比砂型鑄造的要好。這是壓鑄組織外表鋁含量較高的緣故。鎂合金的力學(xué)性能隨Al含量的添加而提高。雖然壓鑄方法能很大程度地減少組織中鑄造缺陷(如空洞、縮孔等)，但不可防止地組織中還會存在一些缺陷。這些缺陷將會降低鎂合金的力學(xué)性能。實驗闡明，鑄造缺陷對疲勞性能有很大影響，往往是疲勞裂紋源。減少缺陷數(shù)量和尺寸，將顯著地提高鑄造鎂合金的疲勞性能。 圖2- 6 Mg-Al-Zn合金系鎂角的三元等溫截面圖 注：實線表示在給定溫度下的固溶度極限的等溫線。

17、虛線把鑄態(tài)合金的組織分成兩區(qū)。虛線左側(cè)的組織為固溶體和粗大的Mg17Al12，這一區(qū)域內(nèi)的黑點為合金AZ92。虛線右側(cè)的鑄態(tài)組織為固溶體、粗大的Mg17Al12以及三元合金化合物 Mg3Zn2Al3，例如白點處的成分為合金AZ63。其典型合金為AM50和AM60，可用于要求高伸長率、高韌性和高抗彎曲性能的工件，如輪轂、座椅架及車門等。 2312 Mg-Al-Mn合金根據(jù)Mg-Al-Mn合金相圖2-7，其典型組織是除存在相和在晶界沉淀析出的相(Mg17Al12)以外，還存在含Mn的中間相。根據(jù)合金中Al的含量高低，這種中間相能夠是AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或A15Mn8。AM6

18、0中AlMn相粒子在掃描照片中為白色見圖2-8(a)。由能譜分析其主要成分為AlMn(原子比)1.121.15：1(見表2-7)。AlMn相外形多為具有規(guī)那么幾何外形(如四方形)，少量圓形、短棒形等外形。長軸方向和短軸方向沒有明顯差別，最大尺寸在10m左右。AlMn相有明顯的偏聚趨勢。 圖2-7 Mg-Al-Mn三元相圖 圖2- 8 AM60和AZ61中AlMn相SEM形貌 不但Mg-Al-Mn合金存在AlMn粒子，而且Mg-Al-Zn合金中也能夠存在AlMn粒子(見表2-7)，這能夠是由于在鎂合金的冶煉過程中，為除去有害元素Fe而有意參與Mn元素所產(chǎn)生的。圖2-8(b)所示為AZ61中AlM

19、n粒子形貌。表2-7 能譜分析AlMn相化學(xué)成分at. 2313 Mg-Al-RE合金Mg-RE系相圖顯示RE在Mg中構(gòu)成有限固溶體，產(chǎn)生細(xì)小的Mg3RE和Mg12RE粒子沉淀強化。在Mg-Al合金中參與RE，RE優(yōu)先結(jié)合Al而不會與Mg構(gòu)成化合物或Mg-Al-RE三元相，能夠構(gòu)成Mg12RE、Al11RE3(或Al4MM)和Al10RE2Mn7等化合物。Mg-Al-RE合金(如AE21、AE41)的典型組織為基體-Mg和中間相Al4MM(MM指混合稀土)及Al12Mg17，不存在三元Mg-Al-RE相。Al4MM的構(gòu)造類似于Al4Ce化合物，具有體心正交晶體構(gòu)造，其點陣常數(shù)為a=0.4395

20、nm，b=1.3025nm，c=1.0092nm。然而，在Mg-4Al-1.4RE(50Ce，25La，20Nd，3Pr)的鑄態(tài)組織里，由于Al的存在，RE與Al化合構(gòu)成了Al11RE13和Al10RE2Mn7兩相。這是由于Al在Mg基體里產(chǎn)生偏析，Al在晶界處的濃度估計要高于晶內(nèi)(31)倍。X射線能譜(EDS)證明在晶粒內(nèi)部Al的含量為1.52.0，而在不同的晶界處Al的含量在47之間變化。-Al12Mg17相或者是在晶界附近呈薄且平行的板條狀，或者是在晶界上生長成較大的粒子。在Mg基體基面上生長的板條狀相具有如下位相關(guān)系：(0001)Mg|(1-10)和(01-10)Mg|(11-2)。其

21、典型合金為AE42，可用于高溫下要求高蠕變強度的部件。 2314 Mg-Al-Si合金 AS系耐熱鎂合金組織特征是在晶界處構(gòu)成細(xì)小彌散分布的穩(wěn)定析出相Mg2Si，它具有Ca2F型面心立方晶體構(gòu)造，較高的熔點(1085)、硬度(460HV0.3)和較低的密度(1.9gcm3)。Mg2Si提高合金的抗蠕變才干。其典型合金為AS41和AS21，適宜于較高溫度(150)下強度較高的部件。 2315 Mg-Al-Ca合金Mg-Al-Ca合金組織特征是存在Al2Ca和Mg2Ca化合物。Mg-Al-Ca合金具有較高的耐熱性和阻燃性，但是耐蝕性有所降低。日本開發(fā)了一種新的耐熱鎂合金(ACM522)，其成分為M

22、g-5Al-2Ca-2MM-0.3Mn。其組織為初生(Mg)相，在晶界分散著的黑色粒子為Al-Ce相，淡色的化合物為Al-Ca、Mg-Ca等相。該合金可在150200范圍運用。 232 Mg-Zn系合金 Mg-Zn系合金組織特征是能夠含有Mg51Zn20、Mg7Zn3、MgZn、Mg2Zn3或MgZn2等共晶化合物。在Mg-9Zn二元合金中由共晶反響生成的離異共晶沉淀物主要為Mg51Zn20，其晶體構(gòu)造為十二面體配位多面體構(gòu)造，晶體空間點陣為正交系，空間群為Immm，點陣常數(shù)為a=1.4083nm，b=1.4486nm，c=1.4025nm。根據(jù)Mg-Zn二元相圖，共晶反響的結(jié)果產(chǎn)生了大量的共

23、晶沉淀物Mg51Zn20和與之相應(yīng)的Mg7Zn3。有時能發(fā)如今晶界上粗大的Mg51Zn20。共晶相里還存在一些較小的沉淀相，經(jīng)過電子衍射證明這種相有著與MgZn2拉弗斯相一樣的晶體構(gòu)造。在共晶區(qū)域里共有三種不同的組織形貌，除了Mg51Zn20沉淀粒子外，還有另外兩種不同形貌的化合物：一種形貌是片狀沉淀MgZn相，它是在凝固冷卻過程中Mg51Zn20部分分解產(chǎn)生的，其反響式為Mg51Zn20(Mg)+MgZn；另一種形貌是由在共晶體粒子外層的Mg51Zn20分解為片狀的(Mg)和MgZn相，及在此共晶體粒子里層的Mg51Zn20分解為(Mg)+MgZn相構(gòu)成的。 經(jīng)315、4h固溶處置，然后水淬

24、的組織那么為Mg51Zn20粒子完全分解后構(gòu)成的中間相與(Mg)交錯在一同的嚴(yán)密混合物。這種中間相具有與MgZn2拉弗斯相一致的晶體構(gòu)造。在Mg-Zn(4Zn)合金中加人大于0.5Ca在167(440K)以下析出數(shù)原子層的細(xì)小板條狀沉淀物，此時此資料具有良好的蠕變性能。其組織為(Mg)基體和黑色化合物Mg2Ca及白色化合物Mg5Ca2Zn5。ZE系列合金的高溫性能顯著優(yōu)于AZ91合金。ZE41、ZC63是Mg-Zn系耐熱合金，其常溫屈服強度高，高溫性能好。2321 Mg-Zn-MM(混合稀土)合金由于參與1.5MM對Mg-8Zn合金組織有劇烈的影響，所以Mg-8Zn-1.5MM合金共晶相組織有

25、三種不同的共晶相，但從它們的形貌上不能區(qū)分彼此。這三種相分別是T相、Mg4Zn7相和MgZn2拉弗斯相。T相主要為三元共晶相Mg52.6Zn39.5MM7.9或(MG，Zn)92.1MM7.9，具有C心正交晶體構(gòu)造，其點陣常數(shù)為a=0.96nm，b=1.12nm，c=0.94nm；Mg4Zn7相有一個B心單斜B2m晶體構(gòu)造，其點陣常數(shù)為a=2.596nm，b=1.428nm，c=0.524nm和=102.50。2322 Mg-Zn-Al(-Ca)合金Mg-Zn-Al合金組織特征是存在MgxZnyAlz和MgZn中間相。在含大約2Al的鎂合金里存在MgZn化合物，但不存在Al12Mg17化合物。

26、例如，ZA102、ZA106的組織為基體、晶界共晶體相和在晶界堆積的粗大的(MgxZnyAlz)相。Mg-9Zn-4.5Al-0.6Ca合金組織的主要共晶化合物是Mg32(A1，Zn)49和MgZn，其共晶化合物的數(shù)量隨Zn和Al含量的添加而添加。Ca、Sr參與ZA142和ZA144合金可以提高其抗蠕變才干，但Ca的作用比Sr更明顯。Ca和Sr作為溶質(zhì)雖然一定程度地存在于Mg基體中，但是大量地還是存在于MgxZnyAlz相中。 233 鑄造鎂合金的性能 國外常用壓鑄鎂合金的典型力學(xué)性能見表2-8，砂型鑄造鎂合金Mg-Al-Zn和Mg-Zr的力學(xué)性能和疲勞性能分別見表2-9、表2-10。 表2-

27、8 國外常用壓鑄鎂合金(棒料)的典型力學(xué)性能無缺口夏氏實驗。表2-9 砂型鑄造鎂合金Mg-Al-Zn的力學(xué)性能和疲勞性能 表2-10 砂型鑄造鎂合金Mg-Zr的力學(xué)性能和疲勞性能 24 變形鎂合金組織及性能許多鎂合金既可做鑄造鎂合金又可做變形鎂合金。變形鎂合金經(jīng)過擠壓、軋制和鍛造等工藝后具有比一樣成分的鑄造鎂合金更高的力學(xué)性能(見圖2-9)。變形鎂合金制品有軋制薄板、擠壓件(如棒、型材和管材)和鍛件等。這些產(chǎn)品具有更低本錢、更高強度和延展性以及多樣化的力學(xué)性能等優(yōu)點。其任務(wù)溫度不超越150。在變形鎂合金中，常用的合金系是Mg-Al系與Mg-Zn-Zr系。Mg-Al系變形合金普通屬于中等強度，塑

28、性較高的變形鎂資料，鋁含量約為08，典型的合金為AZ31、AZ61和AZ80合金，由于Mg-Al合金具有良好的強度、塑性和耐腐蝕綜合性能，而且價錢較低，因此是最常用的合金系列。Mg-Zn-Zr系合金普通屬于高強度資料，變形才干不如Mg-Al系合金，常要用擠壓工藝消費，典型合金為ZK60合金。常用變形鎂合金有AZ31B、AZ61A、AZ80A和ZK60等，其化學(xué)成分見表2-5。 典型的含稀土的變形鎂合金有ZE10A(Mg-1.5Zn-0.2RE)。由于變形鎂合金的開發(fā)與運用還不夠充分，有關(guān)稀土對其組織和性能影響的研討遠(yuǎn)不如在鑄造鎂合金中的那么深化，只需少量相關(guān)報道。在鎂中加鋰元素能獲得超輕變形鎂

29、鋰合金，它是迄今為止最輕的金屬構(gòu)造資料，具有極優(yōu)的變形性能和較好的超塑性能，已運用在航天和航空器上。 圖2- 9 鑄造鎂合金與變形鎂合金性能比較241 變形鎂合金組織AZ31擠壓組織晶粒尺寸為1520m，如圖2-10(a)所示。AZ61擠壓組織如圖2-10(b)所示?？梢姡浣M織由相和沿晶界分布的相組成，并存在孿晶組織。但是其組織形狀與AZ80組織有明顯的不同。組織晶粒大小相差懸殊，大晶粒長達(dá)250m左右，而小的僅有10m左右。從側(cè)向看，晶粒變形程度非常高，存在形變織構(gòu)。圖2-8 SEM形貌顯示在晶界或晶內(nèi)分布著大小不等的、具有規(guī)那么外形的AlMn相。這與Eliezer在AZ61和AZ31中察

30、看到的長條狀不同。圖2-8、表2-8闡明：經(jīng)EDS分析其成分主要為Al和Mn，AlMn(原子比)為(1.101.19)：1。 圖2-10(c)所示為AM60擠壓組織，它是由相和沿晶界分布的相組成的。組織很不均勻，存在少量孿晶組織。其組織為大小不等的等軸再結(jié)晶晶粒，小晶粒尺寸約為10m左右，大晶粒尺寸約為150m左右，其平均尺寸約為56m。在晶界或晶內(nèi)分布著大小不等的黑色AlMn相粒子。圖2-10(d)所示為鎂合金AZ80組織，AZ80晶粒較細(xì)小，晶粒度約為17m。從圖2-10中也可明顯地見到擠壓織構(gòu)(圖中黑色成線狀的相代表了擠壓方向)。圖2-11所示為AZ80 TEM照片顯示相為板條狀，板條之

31、間存在一定的位相關(guān)系。 圖2-12所示為軋制AM60的組織形貌。軋制組織較擠壓組織均勻，縱向可見高密度孿晶晶粒，其晶粒尺寸很難分辨，只需極少量的晶粒為非孿晶晶粒，在晶界可見到細(xì)小晶粒。 圖2-10 AZ31、AZ61、AM60和AZ80擠壓組織 圖2-11 AZ80板條狀相形貌 圖2-12 軋制AM60的組織形貌242 變形鎂合金性能 變形鎂合金的力學(xué)性能與加工工藝、熱處置形狀等有很大關(guān)系(見表2-11、表2-12)，尤其是加工溫度不同，資料的力學(xué)性能能夠會在很寬的范圍。在400以下擠壓，擠壓合金已發(fā)生再結(jié)晶。在300進(jìn)展冷擠壓，資料內(nèi)部保管了許多冷加工的顯微組織特征，如高密度位錯或?qū)\生組織。

32、在再結(jié)晶溫度以下擠壓可使擠壓制品獲得更好的力學(xué)性能(見表2-13)。表2-11 變形鎂合金的力學(xué)性能目的表2-12 擠壓Mg-AI-Zn鎂合金的力學(xué)性能和疲勞性能表2-13 擠壓鎂合金力學(xué)性能與溫度的關(guān)系變形鎂合金產(chǎn)品中值得留意的兩方面是：變形時鎂的彈性模量擇優(yōu)取向不敏感，因此在不同的變形方向上，彈性模量的變化不明顯；變形鎂合金產(chǎn)品緊縮屈服強度低于其拉伸屈服強度，即c：t0.50.7，因此在涉及如彎曲等不均勻變形塑性變形時需特別留意。根據(jù)鎂的這些變形特點，在以后的變形鎂合金的開展過程中要留意把塑性變形與熱處置結(jié)合起來，充分利用細(xì)晶強化等新工藝方法，經(jīng)過添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?特別是稀土元素)來改良

33、合金性能，制得先進(jìn)的變形鎂合金資料。 2. 5 鎂合金熱處置時效組織和性能大部分鎂合金時效過程的一個重要特點是有一個與鎂點陣構(gòu)成共格沉淀物的階段，這種沉淀物具有DO19晶體構(gòu)造(見表2-14)，它類似于Al-Cu合金時效時構(gòu)成的/ 相。DO19晶胞的a軸為鎂基體a軸的2倍長，c軸一樣。沉淀相以片或盤的方式存在，平行于沿10-10Mg和11-20Mg平面的Mg方向。 表2-14 鎂合金的時效沉淀相251 Mg-Al系合金 Mg-Al系二元合金在時效過程中，過飽和固溶體不經(jīng)過任何中間階段直接析出非共格的平衡相Mg17Al12，不存在預(yù)沉淀或過渡相階段。但Mg17Al12相在構(gòu)成方式上有兩種類型，即

34、延續(xù)析出和非延續(xù)析出。在普通的情況下，這兩種析出方式是共存的，但通常以非延續(xù)析出為先導(dǎo)，然后再進(jìn)展延續(xù)析出。這闡明前者在能量上處于有利位置，易于構(gòu)成。 非延續(xù)析出大多從晶界或位錯處開場，Mg17Al12相以片狀方式按一定的取向往晶內(nèi)生長，附近的固溶體同時到達(dá)平衡濃度。由于整個反映區(qū)呈片狀構(gòu)造，故有時也稱為珠光體型沉淀。反響區(qū)和未反響區(qū)有明顯的分界面，后者的成分未發(fā)生變化，仍堅持原有的過飽和程度(見圖2-13)。 圖2-13 Mg-Al-Zn鎂合金第二相形貌 從晶界開場的非延續(xù)析出進(jìn)展到一定程度后，晶內(nèi)產(chǎn)生延續(xù)析出。Mg17Al12以細(xì)小片狀方式沿基面(0001)生長。與此相應(yīng)，基體含鋁量不斷下

35、降，晶格常數(shù)延續(xù)增大，此時晶格常數(shù)變化是延續(xù)的。最新的研討闡明：AZ91鎂合金析出相有三種形狀：I類板條狀、類六角棱柱狀、類短棒狀(見圖2-14)。I類析出相數(shù)量占90以上，顆粒比較粗大，平躺在鎂的(0001)基面內(nèi)，而鎂在常溫下的滑移面也是(0001)基面，因此，這類析出相顆粒不能有效地妨礙位錯在基面上的滑移，時效強化效果欠佳。相反，由于第類與基面正交，第類與基面斜交，所以，有利于妨礙位錯的基面滑移，即有利于時效強化，但是其數(shù)量太少。添加這類相的數(shù)量應(yīng)是提高這類合金強度的有效途徑之一。 圖2-14 AZ91鎂合金200時效析出相形貌 252 Mg-Zn系合金 Mg-Zn系合金的時效過程比較復(fù)

36、雜，存在預(yù)沉淀階段。在110以下，察看到GP區(qū)/(MgZn)。在110以上，不構(gòu)成GP區(qū)，而是/(MgZn)。/ 為亞穩(wěn)定過渡相，具有與拉弗斯相MgZn2同樣的構(gòu)造，穩(wěn)定性較高。在250時效時，可堅持到5000h。Mg-Zn系合金時效為延續(xù)析出，相尺寸很小，呈片狀，并與基面平行。在長期時效后，利用電子顯微鏡可察看到相的形狀及分布特征。Mg-Zn系合金的時效強化效果超越Mg-Al系，且隨含鋅量的添加而提高。但Mg-Zn系合金晶粒容易長大，故工業(yè)合金中常添加少量鋯，以細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能。 253 Mg-Mn系合金單獨的Mg-Mn系合金運用較少，但錳是大多數(shù)工業(yè)鎂合金中常見的輔助元素，它對改善合

37、金耐熱性及抗蝕性具有良好的作用。Mg-Mn合金時效析出-Mn(立方)。-Mn呈棒狀。Mn通常單獨參與，假設(shè)與Al同時參與，那么構(gòu)成MnAl、MnAl6和MnAl4等化合物。Mg-Mn系合金在時效期間，不經(jīng)過預(yù)析出階段，直接構(gòu)成-Mn。-Mn具有立方晶格，強化效果較差，但穩(wěn)定性卻較高。 254 Mg-RE系合金 Mg-RE系合金時效強化相為Mg9RE或Mg12RE。向鎂中添加原子半徑比鎂的原子半徑大及電負(fù)性比鎂低的元素，可構(gòu)成共格的沉淀物。例如Y及鑭系稀土(Ce、Nd、Gd和Dy)可與鎂構(gòu)成Mg3X型沉淀物，它具有DO19型晶體構(gòu)造，與相共格。在稀土元素中，釹在固溶體中溶解度較大(約4)，鈰、鑭

38、、鐠那么較低(最大固溶體分別為0.74，1.9和2.0)，故Mg-Nd系合金的時效強化效果最顯著。圖2-15所示為Mg-5.38Y-3.10Nd-0.36Zr在400時效24h和50h后相的形貌。 圖2-15 Mg-5.38 Y-3.10 Nd-0.36Zr在400時效24h和50h后相的形貌 255 其它合金2551 Mg-Gd合金Gd的含量對Mg-Gd合金時效有重要影響。當(dāng)Gd的含量為510時，時效過程中不出現(xiàn)/ 相。當(dāng)Gd的含量為15時，時效過程中產(chǎn)生/相。Mg-15Gd時效析出過程為：/(DO19型構(gòu)造)/(斜方構(gòu)造bco)(Mg5Gd：fcc)。而Mg-10Gd和Mg-5Gd時效析出

39、過程為：/(DO19型構(gòu)造)(Mg5Gd：fcc)。圖2-16所示為Mg15Gd在330沉淀相/ 形貌。 圖2-16 Mg15Gd在330沉淀相/ 形貌對于Mg-RE系合金的時效序列，目前尚有分歧意見。有人以為，在這類合金的過飽和固溶體分解過程中，不存在明顯的預(yù)析出階段，直接構(gòu)成Mg9Nd或Mg9Ce等平衡相；另外有一些實驗結(jié)果那么闡明存在中間過渡相，沉淀序列為過飽和固溶體GP區(qū)/ /(Mg9Nd)，過渡相與基體之間堅持共格關(guān)系。Mg-RE系的時效產(chǎn)物彌散度高，與硬化峰值相對應(yīng)的時效組織在普通光學(xué)顯微鏡下難以分辨，只是晶界處有較深的浸蝕色，是強化相優(yōu)先在晶界析出所致。工業(yè)Mg-RE合金中經(jīng)常添加少量鋅，除有補充固溶強化作用外，還能添加時效硬化效應(yīng)。此時，強化相Mg9RE中固溶了一部分鋅，成為(MgZn)9RE。2552 Mg-Ca、Mg-Ca-Zn合金Mg-Ca合金的時效析出過程為(Mg2Ca：六方構(gòu)造)。在Mg-1Ca合金中參與1Zn，可顯著地提高時效硬化效果。研討發(fā)現(xiàn)，Mg-2Zn-0.8Ca合金中存在細(xì)小的沉淀物，該相平行于鎂晶格的底面；Mg-5Al-3Ca-0.2Sr合金組織在晶界有層狀的(Mg，Al)2Ca相，它與相共格。其位向關(guān)系如下：(010)Mg(001)(Mg，Al)2Ca，010Mg110 (Mg，Al)2Ca。 2553 Mg-Ag-R