镁合金化与组织性能特征.ppt

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1、镁的合金化及合金相图内容镁合金合金化原因镁合金的合金化特点镁合金合金化相图镁合金合金化强化镁合金化原因银白色，密度1.74g/cm3，熔点650℃，沸点1100℃。其晶体结构hcp，无同素异构转变，室温下滑移系少（3个），冷变形能力差；但当温度升至(150～250)℃以上时，滑移系增多，使其塑性显著增加，因而镁及镁合金可以进行各种热变形加工。纯镁弹性模量小（室温下仅为45GPa），因此在外力作用下弹性变形功较大，镁合金可承受较大的冲击和振动载荷。物理性能纯镁的机械性能很差，不能满足工业零件对屈服强度和抗拉强度的要求。合金化元素的第一个作用是通过加

2、入合金化元素能显著提高镁的机械性能，使镁合金的强度重量比在各类合金中仅次于钛合金而名列第二，为其工业应用开拓了广阔前途。合金化元素的第二个作用是改善镁合金的铸造性能。纯镁的熔点高，流动性差，收缩量大。通过合金化能降低液相温度，增加流动性，提高镁合金的铸造性能，减小收缩倾向。针对镁合金在150摄氏度以上温度其强度显著下降的特点。合金化的第三个作用是增强镁合金的抗蠕变性能。镁合金合金化原因镁合金的合金化特点（１）晶体结构因素金属结构相同，原子尺寸、电化学特征相近，才能形成无限固溶体。镁具有密排六方晶体结构（hcp），其他常用的密排六方金属（如锌和铍）

3、，不能满足上述条件，不能与镁形成无限固溶体。只有镉可满足上述条件，在高温（＞253℃）下，能与镁形成无限固溶体。（２）原子尺寸因素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。如图所示，对镁来说，可能形成无限固溶体的金属元素中约有1/2，约1/10的金属元素相对差值在15%左右，其他则在15%以外。（３）电负性因素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。DarkenGurry理论认为，电负性差值大于0.4的元素不易形成固溶体.镁合金的合金化特点元素的原子直径和镁匹配的原子尺寸范

4、围镁合金的合金化特点（４）原子价因素当溶质和溶剂的原子价相差越大，则溶解度越小。与低价元素相比，较高价元素在镁中的溶解度较大。所以，尽管MgAg和MgIn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。镁合金合金化相图镁与具有工业重要性的金属形成的二元合金系可分为：一类为包晶反应体系：Mn、Zr等元素。另一类为共晶反应体系：Li、Al、Ag、Zb、Nd、Ce等元素。镁合金合金化相图----MnMn的主要作用是提高镁合金的耐蚀性能，以Mn为主要合金化元素的Mg-Mn合金具有良好的耐蚀性能。在其他铸造镁合金或变形镁合金

5、中，往往加入少量的Mn，与严重损害镁合金耐蚀性能的杂质Fe形成高熔点化合物而沉淀出来，减小Fe的有害影响，提高合金的耐蚀性能。另外，Mn能提高镁合金的蠕变抗力。镁合金合金化相图----ZrZr在Mg中的固溶度小，在包晶反应温度653.6℃时为x（Zr）=1.042%，不与Mg形成化合物（见图），对镁的强化作用小。其主要作用是细化晶粒，是镁合金最有效的晶粒细化剂。Zr细化镁合金铸造组织的机理尚不十分清楚，一般认为，Zr亦为hcp结构，其晶格常数（a=0.323nm，c=0.514nm）与镁的晶格常数（a=0.321nm，c=0.521nm）十分接近

6、，合金凝固时由于Zr固溶度小，熔点高，会先析出固相微粒为镁提供异质核心。Zr还能与合金中的杂质Fe、Si乃至H、O元素形成稳定化合物而净化熔体，同时也消耗了Zr。有很多因素使Zr从熔体中沉淀，能起晶粒细化作用的只是固溶到Mg中的Zr，因此在设计合金时必须考虑这一因素。Zr由于能细化铸锭晶粒，因而改善铸件质量，明显提高合金塑性，并且有一定的强化作用。镁合金合金化相图----AlMg合金的有效合金化元素，Mg-Al为重要的合金系（Mg-Al二元相图见图）。Al在Mg中的固溶度大，在共晶温度437℃时最大固溶度达x（Al）=12.5%，且随温度降低固溶

7、度变化明显，因此不仅可以产生固溶强化作用，而且可以进行淬火、时效热处理，产生沉淀强化。Al对Mg合金的性能有着良好的影响。能提高合金强度和塑性，并能改善氧化膜的结构。改善铸造性能，但有形成显微缩松的偏向。Al含量过高，性能下降，因此工业镁合金含铝量控制在10%以下。镁合金合金化相图----Zn镁合金的有效合金化元素，Mg-Zn为重要的合金系。Mg-Zn相图见图。Zn在Mg中的固溶度较大，且随温度降低而显著减小，因此可以使合金产生固溶强化和时效强化。Zn能增加熔体的流动性，改善铸件品质，但有形成显微缩松的倾向。Mg-Zn合金应加入适量Zr以细化晶粒

8、和减小合金的脆性。镁合金合金化相图----CaCa在Mg中的固溶度极微，与Mg形成Mg2Ca化合物，没有固溶强化和时效强化作用。但Ca是