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合金元素对镁合金性能的影响

文字:[大][中][小] 手机站 2019-11-06     浏览次数:    

合金元素对镁合金性能的影响见表

镁合金性能

镁合金性能

(1)铝
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2.0%左右。
铝可改善压铸件的可铸造性,提高铸件强度。
但是,Mg17A112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。
在铸造镁合金中铝含量可达到7%~9%,而在变形铝合金中铝含量一般控制在3%~5%。
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。

(2)锌
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减少。
锌可以提高铸件的抗蠕变性能。
锌含量大于2.5%时对防腐性能有负面影响。
原则上锌含量一般控制在2%以下。
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。

(3)锰
在镁中的极限溶解度为3.4%。
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1%~2.5%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。
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,可提高镁合金的耐热性。
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Mn来去除Fe.

所以,Mn在镁合金中存在有两类作用:一是作为合金元素,可以提高镁合金的韧性,如AM60,此类合金中Mn含量较高;二是形成中间相AIMn和AIMnFe,此类合金中Mn含量较低。
迄今为止,镁合金中含AIMn相的结构还不很清楚。Mn与Al结合可形成中间相:AlMn,A13Mn,A14Mn,AI6Mn或Al8Mn5.
Wei研究了压铸Mg-AI基镁合金,认为含Mn相根据形态分两类:一种为花瓣形,另一种为等轴或短棒状。
AIMn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。

(4)硅
可改善压铸件的热稳定性能与抗蠕变性能。
因为在晶界处可形成细小弥散的析出相Mg2Si,它具有CaF2型面心立方晶体结构,有较高的熔点和硬度。
但在铝含量较低时,共晶Mg2Si相易呈汉字型,大大降低合金的强度和塑性。硅对应力腐蚀无影响。

(5)锆
在镁中的极限溶解度为3.8%。
Zr是高熔点金属,有较强的固溶强化作用。
Zr与Mg具有相同的晶体结构,Mg-Zr合金在凝固时,会析出a-Zr,可作为结晶时的非自发形核核心,因而可细化晶粒。
在镁合金中加入0.5%~0.8%Zr,其细化晶粒效果最好。
Zr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。

(6)钙
可细化组织,Ca与镁形成具有六方MgZn2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。
但是,Ca含量超过1%时,容易产生热裂倾向。
Ca对腐蚀性能产生不利影响,可能提高镁合金Mg-9Al抗应力腐蚀性能。

(7)稀土元素
常用的稀土元素(RE)有Y和混合稀土(MM),混合稀土包括Ce,Pr,La,Nd等。
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,为11.4%;Nd居中,为3.6%;La和Ce最小,分别为0.79%和0.52%。
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,其耐蚀性不亚于其它镁合金。
Nd的综合性能最佳,能同时提高室温和高温强化效应;Ce和混合稀土次之,有改善耐热性的作用,常温强化效果很弱;La的效果更差,两方面都赶不上Nd和Ce.
Y和Nd能细化晶粒,通过改变形变(滑移和孪生)机制,提高合金的韧性。
加入混合稀土能明显细化ZK60镁合金的晶粒组织,提高ZK60镁合金的抗拉强度和屈服强度。
Ce对镁合金应力腐蚀性能无影响。
RE能提高镁铝合金Mg-9AI的抗应力腐蚀性能。
Fe,Ni、Cu、Co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。

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