畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-ZM5鎂合金殼體零件熱處理工藝設(shè)計(jì).doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：ZM5鎂合金殼體零件熱處理工藝設(shè)計(jì)院 （系）： 材料與化工學(xué)院專 業(yè)： 金屬材料工程 班 級(jí)： 110305 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2015年 06月西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)院（系） 材料與化工學(xué)院 專業(yè) 金屬材料工程 班 110305 姓名 學(xué)號(hào) 1103051261.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： ZM5鎂合金殼體零件熱處理工藝研究 2.題目背景和意義: 隨著武器、汽車(chē)輕量化時(shí)代的發(fā)展，越來(lái)越多的各種零部件開(kāi)始采用鎂合金材料來(lái)代替原來(lái)的鋼鐵、鋁材料。尤其是鎂合金的熔煉、變質(zhì)工藝的不合理，特別是熱處理對(duì)鎂合金性能的影響非常大。因此，選擇一種合適的鎂合金熱處理工藝用于殼體具有重要的實(shí)際意義。 3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： （1）本文采用相圖分析、差熱分析和正交試驗(yàn)等方法確定一種適用于鎂合金殼體零件的熱處理工藝。（2）通過(guò)對(duì)XRD、組織、性能分析來(lái)判定熱處理對(duì)材料的增強(qiáng)機(jī)理。 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 設(shè)計(jì)基本要求：（1）前期相關(guān)文獻(xiàn)閱讀不少于15篇，其中外文文獻(xiàn)3篇；（2） 提出的改進(jìn)措施和建議，應(yīng)緊密?chē)@實(shí)際，實(shí)事求是。進(jìn)度安排：（1） 1-3周查閱資料，了解所研究課題并確定具體試驗(yàn)方案，完成開(kāi)題報(bào)告；（2）4-7周進(jìn)行前期探索試驗(yàn)，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)表進(jìn)行試驗(yàn)，并確定最佳試驗(yàn)方案；（3）8-12周對(duì)單體產(chǎn)物進(jìn)行紅外測(cè)試，確定是否為所需產(chǎn)品，對(duì)試驗(yàn)下一步進(jìn)行探索，選擇相關(guān)的英文文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯，制作中期報(bào)告；（4）13-15周對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)開(kāi)始撰寫(xiě)論文；（5）16-17周繼續(xù)試驗(yàn)研究和試驗(yàn)結(jié)果分析并對(duì)撰寫(xiě)論文修改論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 撰寫(xiě)不少于15000字論文 試驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 約60天 圖紙（幅面和張數(shù)）*： 0 其他要求： 無(wú) 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系（教研室）主任審批： 年 月 日Z(yǔ)M5鎂合金殼體零件熱處理工藝設(shè)計(jì)摘 要鎂在我國(guó)研究很晚，工程應(yīng)用不普遍，關(guān)于ZM5殼體熱處理工藝太籠統(tǒng)，各種工藝下的性能各異，具體的還不太完善。隨著武器、汽車(chē)輕量化時(shí)代的發(fā)展，越來(lái)越多的各種零部件開(kāi)始采用鎂合金材料來(lái)代替原來(lái)的鋼鐵、鋁材料。尤其是鎂合金的熔煉、變質(zhì)工藝的不合理，嚴(yán)重制約著它的適用范圍，特別是熱處理對(duì)鎂合金性能的影響非常大。因此，選擇一種合適的鎂合金熱處理工藝用于殼體具有重要的實(shí)際意義。受寶雞器材廠企業(yè)委托，對(duì)Mg合金殼體的熱處理工藝進(jìn)行完善。本文主要通過(guò)相圖、差熱分析、過(guò)燒反應(yīng)、正交試驗(yàn)對(duì)ZM5的熱處理工藝進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)金相組織、XRD、SEM、EDS和力學(xué)性能的分析，得到一種適用于鎂合金殼體零件的熱處理工藝。研究表明：通過(guò)正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在給定水平內(nèi)，其最好的熱處理工藝是：固溶425，16h；時(shí)效195，16h。四種主要因子對(duì)布氏硬度的影響主次依次為：時(shí)效溫度、固溶時(shí)間、時(shí)效時(shí)間、固溶溫度。熱處理后，通過(guò)金相、XRD、SEM和EDS分析，（Mg17Al12）相主要以細(xì)小彌散方式從過(guò)飽和固溶體中析出，提高其屈服強(qiáng)度降低其塑性。對(duì)進(jìn)行最佳熱處理工藝的材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其抗拉強(qiáng)度有明顯提高，提高為194.118MPa，較未進(jìn)行熱處理提高了9.7%。關(guān)鍵詞：鎂合金；熱處理；正交試驗(yàn)；相圖IZM5 magnesium alloy casing parts heat treatment process designAbstract Magnesium alloy was investigated lately in China, the project application is not widespread, ZM5 casing casting on the heat treatment process is too general, the performance of various processes under different heat treatments, concrete is not yet perfect. With the development of weapons and automotive lightweight era, more and more various parts of began to use the magnesium alloy materials to replace the original steel and aluminum materials. In particular magnesium alloy smelting, modification process is unreasonable, its scope has be severely restricting, especially heating treatment on properties of magnesium alloys is very large. So, choose a suitable heat treatment process for magnesium alloy casing has a important practical significance. By commissioned Equipment Factory of Baoji, property of magnesium alloy casing after the heating treatment process will be improved.In this paper, ZM5s heat treatment process were studied through the phase diagram, differential thermal analysis, over-burning reaction, orthogonal. Through the microstructure, XRD, SEM, EDS and mechanical properties analysis, to obtain a suitable heat treatment process for magnesium alloy casing parts.The result show: Through orthogonal experiment at a given level, solution 425 , 16h; aging 195 , 16h is the best heat treatment process. The four main factors effect on brinell hardness: aging temperature, solution time, aging time, the solution temperature. Through metallographic, XRD, SEM and EDS analysis, (Mg17Al12) phase mainly in the dispersed mode precipitated from a supersaturated solid solution ,increase its yield strength but reduce its plasticity. Material with optimal heat treatment process for tensile test, the tensile strength has improved significantly, increased to 194.118MPa, than without heat treatment improved 9.7%.Keywords: magnesium alloy; heat treatment; orthogonal experiment; phase diagram目 錄摘 要IAbstractII主 要 符 號(hào) 表I1 緒論11.1 綜述11.2 課題背景及意義11.3 鎂及鎂合金國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀21.3.1國(guó)外鎂合金應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀21.3.2國(guó)內(nèi)鎂合金應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀31.4 鑄造鎂合金的應(yīng)用61.4.1航空航天領(lǐng)域61.4.2軍事領(lǐng)域61.4.3汽車(chē)領(lǐng)域61.4.4摩托車(chē)領(lǐng)域61.4.53C領(lǐng)域71.5 鎂合金的熱處理71.5.1鎂合金熱處理特點(diǎn)71.5.2鎂合金熱處理前準(zhǔn)備71.5.3ZM5的熱處理工藝81.6 熱處理缺陷及其消除方法91.6.1氧化91.6.2過(guò)燒91.6.3彎曲與變形91.6.4晶粒異常長(zhǎng)大91.6.5 性能不均勻91.6.6鑄件的尺寸穩(wěn)定性101.7 發(fā)展前景101.8 本文主要研究工作102 試驗(yàn)過(guò)程及方法112.1 試驗(yàn)用原材料112.1.1原材料成分112.1.2合金成分的作用112.2 精煉及變質(zhì)過(guò)程112.3 熱處理研究方案122.4 固溶溫度和時(shí)間確定122.4.1相圖分析122.4.2（差示掃描量熱法）DSC分析132.4.3過(guò)燒試驗(yàn)132.5 時(shí)效溫度和時(shí)間的確定142.6 正交試驗(yàn)142.7 硬度測(cè)試和顯微組織分析152.7.1硬度測(cè)試152.7.2金相分析152.7.3掃描電鏡、能譜和XRD分析163 試驗(yàn)結(jié)果及分析173.1 固溶溫度及時(shí)間173.1.1Mg-Al相圖173.1.2（差示掃描量熱法）DSC分析183.1.3過(guò)燒試驗(yàn)183.2時(shí)效溫度和時(shí)間的確定193.3 正交分析203.4 微觀分析203.4.1XRD分析213.4.2掃描能譜分析213.4.3金相分析223.5 力學(xué)性能測(cè)試243.6 試驗(yàn)結(jié)果254 結(jié)論26致謝27參考文獻(xiàn)28畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明30畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明31主 要 符 號(hào) 表HB 布氏硬度Ts 淬火溫度 Tm,p 固相線溫度 Tag 時(shí)效溫度 Rm 屈服強(qiáng)度I1 緒論1 緒論1.1 綜述鎂基材料是目前可用的密度最小的一種金屬結(jié)構(gòu)材料,具有比強(qiáng)度高、易加工、尺寸穩(wěn)定以及良好的阻尼性、導(dǎo)熱性、耐熱疲勞性、電磁屏蔽能力、壓鑄工藝性能等特點(diǎn)1-3,而且還可再生利用 ,被譽(yù)為“21 世紀(jì)綠色工程金屬”，有著很樂(lè)觀的應(yīng)用前景。但是,與鋼、鋁等傳統(tǒng)金屬材料相比,到目前為止對(duì)鎂的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了研究開(kāi)發(fā)鎂基材料的熱潮,其中,對(duì)鎂的合金化的研究是很重要的一個(gè)方面。鎂的合金化是改善鎂合金的力學(xué)性能、工藝性能、阻燃性、耐蝕性等的有效手段 ,也是研究開(kāi)發(fā)新型鎂基儲(chǔ)氫材料和非晶合金的重要途徑3。Mg-Al-Zn系合金是目前應(yīng)用最為廣泛的鎂合金之一,尤其是AZ91系列(與我國(guó)的 ZM5合金基本相當(dāng))廣受研究者的注意 ,近年來(lái)也有較多關(guān)于該合金的研究報(bào)道4-11,在合金元素的作用方面,人們對(duì)稀土元素表現(xiàn)出較大的興趣5-8,此外也研究了其它合金元素如Sb 等在AZ91合金中的作用910,而作為AZ91合金本身主要添加元素之一的Zn也再度受到關(guān)注4-5。隨著高速化、舒適化要求的不斷提高，以鎂合金替代部分殼體零件材料的呼聲越來(lái)越大；熱處理工藝可以提高其生產(chǎn)效率，因此，選擇一種合適的鎂合金熱處理工藝用于殼體具有重要的實(shí)際意義。1.2 課題背景及意義我國(guó)鎂礦豐富,儲(chǔ)藏量約31.45億噸,目前已是世界純鎂出口的第一大國(guó)。大規(guī)模的鎂合金鑄件應(yīng)用和生產(chǎn)方興未艾,因而我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)鎂合金表面防護(hù)技術(shù)的研究12,這對(duì)深化我國(guó)特色資源的加工利用,改善目前我國(guó)靠原材料市場(chǎng)出口創(chuàng)匯,優(yōu)質(zhì)鎂合金制品幾乎依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面顯得尤為重要。特別是當(dāng)前石油價(jià)格攀升到歷史最高點(diǎn)75美元一桶,節(jié)能問(wèn)題陡顯,要求減輕車(chē)的自重,采用鎂合金制造交通運(yùn)輸工具的零部件,可達(dá)到最大的減重效果13-17。 隨著能源的緊張、環(huán)境的惡化,人們?cè)絹?lái)越注重輕量化、綠色化制造。作為一種新型的輕型環(huán)保材料,鎂合金引起了人們的普遍關(guān)注。鎂合金是目前應(yīng)用的最輕的金屬材料,其密度小(僅為鋁的2/3,鈦的40%,鋼的23.13%),比強(qiáng)度、比剛度高,具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,良好的加工成形性能以及高回收等特性18-19,另外鎂資源非常豐富,因此在航空、汽車(chē)等運(yùn)輸行業(yè)以及計(jì)算機(jī)、通訊等產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。同時(shí),鎂合金也存在容易氧化燃燒、耐蝕性差、常溫力學(xué)性能差、高溫強(qiáng)度及蠕變性能低等缺點(diǎn),大大限制了鎂合金的發(fā)展和應(yīng)用20。 鎂合金具有一系列的優(yōu)良性能,在汽車(chē)、通訊電子、航空航天業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用21。目前,鎂合金在轎車(chē)上的主要應(yīng)用形式是鑄件34西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）和壓鑄件。隨著人們節(jié)約能源及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)正朝著燃料效率型輕型汽車(chē)方向發(fā)展,從而迫使汽車(chē)制造商競(jìng)相開(kāi)發(fā)鎂合金汽車(chē)零件以減輕車(chē)重,鎂合金在降低轎車(chē)重量上,無(wú)論從短期,還是長(zhǎng)期來(lái)看都具備開(kāi)發(fā)的潛力及競(jìng)爭(zhēng)力。降低汽車(chē)的自重以降低能源消耗和減少污染(包括汽車(chē)尾氣和廢舊塑料),提出了更迫切的要求,使鎂合金的基礎(chǔ)研究和開(kāi)發(fā)取得了很大的發(fā)展;同時(shí),大量的鎂合金零部件被生產(chǎn)出來(lái),以代替塑料、鋁合金、甚至鋼制零件,有人預(yù)計(jì),全世界對(duì)汽車(chē)鎂合金的需求量每年將遞增20%以上22-26。鎂合金不但具有高的比剛度、比強(qiáng)度的特點(diǎn)，而且減震性好、二次加工性好，是實(shí)用工程材料中密度最小的金屬材料，是以節(jié)能減排為主題的現(xiàn)代社會(huì)最具吸引力的一種工程金屬材料。隨著高速化、舒適化要求的不斷提高，以鎂合金替代部分殼體零件材料的呼聲越來(lái)越大；熱處理工藝可以提高其生產(chǎn)效率，因此，選擇一種合適的鎂合金熱處理工藝用于殼體具有重要的實(shí)際意義。1.3 鎂及鎂合金國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀1.3.1國(guó)外鎂合金應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)于鎂及其合金的研究開(kāi)發(fā)較早，到目前鎂及其合金材料的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用已進(jìn)入相對(duì)比較成熟的階段，并已達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的工業(yè)規(guī)模，其中北美是目前鎂及其合金材料用量最多的地區(qū)，而歐洲鎂及鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度也增長(zhǎng)迅速。但比較來(lái)看，國(guó)外不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)于鎂及其合金材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用仍然存在較大的差異，其中表現(xiàn)突出的仍然集中在德國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、加拿大、日本等對(duì)鎂合金研究開(kāi)發(fā)較早的國(guó)家。近年來(lái)隨著油價(jià)的不斷上升，作為鎂合金的主要應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的汽車(chē)工業(yè)，對(duì)鎂合金應(yīng)用需求也在增長(zhǎng)，導(dǎo)致世界范圍內(nèi)的鎂合金應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)更趨激烈，并有對(duì)中國(guó)進(jìn)行合圍趨勢(shì)。具體應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面27-31：（1）鎂合金在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用 鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用已經(jīng)有許多年的歷史，從20世紀(jì)20年代開(kāi)始，鎂制零件就開(kāi)始在賽車(chē)上應(yīng)用。到了20世紀(jì)90年代，鎂合金發(fā)展迅速，各國(guó)相繼出臺(tái)了鎂研究計(jì)劃，開(kāi)展了大型的“產(chǎn)、學(xué)、研”聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目和計(jì)劃。德國(guó)政府制訂了一個(gè)投資2500萬(wàn)德國(guó)馬克的鎂合金研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃，主要研究壓鑄合金工藝，快速原型化與工具制造技術(shù)和半固態(tài)成型工藝，以提高德國(guó)在鎂合金應(yīng)用方面的能力；1993年歐洲汽車(chē)制造商提出“3L汽油轎車(chē)”的新概念，美國(guó)也提出了“PNGV”（新一代交通工具）的合作計(jì)劃，其目標(biāo)是生產(chǎn)出消費(fèi)者可承受的每百公里耗油3L的轎車(chē)，且整車(chē)至少80以上的部件可以回收，這些要求迫使汽車(chē)制造商采用更多高新技術(shù)，生產(chǎn)重量輕、耗油少、符合環(huán)保要求的新一代汽車(chē)，因此除汽車(chē)輪轂外，鎂合金還被廣泛應(yīng)用于增壓器轉(zhuǎn)子、發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)箱體、風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)零件、整體座椅系統(tǒng)、儀表板整體框架、方向盤(pán)、草坪機(jī)底盤(pán)等其他零部件。 國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用的研究不斷發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，應(yīng)用的量也相應(yīng)增加。目前全球汽車(chē)平均每輛用鎂合金45kg，根據(jù)西方汽車(chē)工業(yè)界的展望，在未來(lái)二十年里，平均每輛汽車(chē)上的鎂合金用量將達(dá)到100120kg，將比目前增長(zhǎng)50倍以上，屆時(shí)僅用于汽車(chē)的鎂合金將超過(guò)500萬(wàn)t，約為目前全球鎂年生產(chǎn)量(80萬(wàn)t)的6倍。相較于鋁合金、在成熟產(chǎn)品上鎂合金將具備更高的性價(jià)比：如果按原鎂16000元/t和電解鋁13000元/t的行業(yè)平均成本分析，由于鎂合金比重較?。ㄦV比重為1.7kg/m3，鋁比重為2.7kg/m3），相同體積的鎂合金成本較鋁合金低30%。 （2）鎂合金在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用 在3C產(chǎn)品領(lǐng)域，以筆記本電腦、手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)為代表的3C產(chǎn)品朝著輕、薄、短、小方向發(fā)展的推動(dòng)下，鎂合金的應(yīng)用得到了持續(xù)增長(zhǎng)。鎂合金與傳統(tǒng)3C產(chǎn)品使用的外殼材料相比具有輕量化、剛性高、減震性好、無(wú)磁、散熱、可回收等優(yōu)點(diǎn)；特別是應(yīng)用于3C產(chǎn)品外殼上其外觀及觸摸質(zhì)感極佳，已成為設(shè)計(jì)和消費(fèi)的流行趨勢(shì)。 與塑料相比鎂合金具有良好的導(dǎo)熱性、剛性，特別是極其易于回收。一旦鎂合金的應(yīng)用進(jìn)入良性循環(huán)之后，其廢料不僅不會(huì)危害環(huán)境，其優(yōu)良的再生性也會(huì)致使鎂資源得到充分利用，也使鎂合金使用成本更進(jìn)一步的降低。不僅如此，鎂合金還具有非常好的壓鑄工藝性能，采用壓鑄的方法制造的鎂合金3C類產(chǎn)品外殼，厚度最薄可達(dá)0.4mm，并且強(qiáng)度和剛度都極為優(yōu)異。以耐沖撞性為例，其耐撞強(qiáng)度及吸振性均遠(yuǎn)較塑料佳，尤其是相同抗力下厚度僅塑料的1/3，且具良好的散熱性及防電磁波干擾的性能。 以上特性使鎂合金在3C產(chǎn)業(yè)（計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)電子）及電動(dòng)工具，運(yùn)動(dòng)器材等方面的應(yīng)用，已成為一個(gè)新的市場(chǎng)熱點(diǎn)，如筆記本計(jì)算機(jī)、掌上計(jì)算機(jī)外殼、照相機(jī)外殼、攝相機(jī)外殼、投影錄像機(jī)外殼、電視機(jī)、音響外殼等，而且其應(yīng)用領(lǐng)域還在迅速擴(kuò)大。 （3）鎂合金在國(guó)防領(lǐng)域及其他領(lǐng)域的應(yīng)用鎂合金由于質(zhì)量輕而被廣泛地應(yīng)用于國(guó)防和航空航天產(chǎn)品，其應(yīng)用包括飛行器機(jī)身及其發(fā)動(dòng)機(jī)、起落輪、火箭、導(dǎo)彈及其發(fā)射架、衛(wèi)星探測(cè)器、旋轉(zhuǎn)羅盤(pán)、電磁套罩、雷達(dá)和電子裝置以及地面控制裝置等。如MD600直升機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)使用鎂合金后，水平旋翼系統(tǒng)的功能得到有效提高。太空飛船和衛(wèi)星部件使用鎂合金后能適應(yīng)太空運(yùn)行的特殊環(huán)境，諸如由空氣動(dòng)力學(xué)加熱引起的溫度極限、臭氧侵蝕、短波電磁輻射和高能粒子(電子、質(zhì)子和小隕石)的沖擊等。 鎂合金在航空、航天較早得到應(yīng)用,在兵器上也得到一定應(yīng)用，最早應(yīng)用于軍事工業(yè)領(lǐng)域是在1916年，被用于制造77mm炮彈引線。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家由于資源原因,對(duì)鎂合金在兵器上的應(yīng)用還持謹(jǐn)慎態(tài)度。1.3.2國(guó)內(nèi)鎂合金應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)的鎂儲(chǔ)量世界第一，我國(guó)已探明的白云石礦資源總量為40億t，青海柴達(dá)木盆地的33個(gè)鹽湖鎂鹽儲(chǔ)量為47.5億t，而且儲(chǔ)存形式為非常有利于開(kāi)采的高純度氯化鎂。我國(guó)的菱鎂礦資源總量31.45億t，符合煉鎂要求的一、二級(jí)礦占78%，已探明儲(chǔ)量可開(kāi)采年限至少有1000年之久。而大海則是最大的“鎂礦”，海水中含鎂約2100億t，其中每千克海水中約含3.8g氯化鎂，可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)中國(guó)絕不會(huì)缺鎂資源。而與鎂不同的是中國(guó)的鋁土礦資源非常貧乏，中國(guó)國(guó)內(nèi)鋁土礦資源僅能供應(yīng)中國(guó)生產(chǎn)10年，目前60%的鋁土礦資源依賴進(jìn)口，發(fā)展鎂合金產(chǎn)業(yè)符合中國(guó)的資源戰(zhàn)略。 我國(guó)對(duì)鎂合金的開(kāi)發(fā)利用也非常重視，科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)等部門(mén)針對(duì)鎂合金開(kāi)發(fā)相繼出臺(tái)了各種研究計(jì)劃，加深、加快對(duì)鎂合金材料的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)研究。2000年3月，科技部啟動(dòng)了“鎂合金開(kāi)發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化”的前期戰(zhàn)略研究，全國(guó)共有4個(gè)研究所、7所高校、20多家企業(yè)直接參與了“鎂合金開(kāi)發(fā)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目的實(shí)施。該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的新型水氯鎂石脫水制備無(wú)水氯化鎂的工程技術(shù)在國(guó)際上處于較高水平；開(kāi)發(fā)的皮江法煉鎂工藝技術(shù)不斷提高，有效節(jié)約了資源，提高了生產(chǎn)效率，減少了污染；開(kāi)發(fā)的高品質(zhì)鎂合金短流程工藝，降低了成本；開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的10款鎂合金冷、熱室壓鑄機(jī)及配套設(shè)備，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到50%，基本滿足了國(guó)內(nèi)鎂合金壓鑄生產(chǎn)需求。目前該項(xiàng)目已取得一些階段性成果：解決了材料研究、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具制造、壓鑄成型到表面防腐等系列關(guān)鍵工程技術(shù)。成功開(kāi)發(fā)應(yīng)用了25種鎂合金摩托車(chē)零件和52種鎂合金汽車(chē)零件，分別裝車(chē)90萬(wàn)輛和54.65萬(wàn)輛，微型汽車(chē)單車(chē)最高用鎂零件9kg，轎車(chē)最高用鎂零件8.17kg；同時(shí)開(kāi)發(fā)了14類鎂合金3C產(chǎn)品零件和8種列車(chē)制動(dòng)器零件，為進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。同時(shí)建立了從鎂合金前沿高科技研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)的研發(fā)體系，突破了一批前沿核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，培育組建了十幾家有關(guān)鎂合金及制品的股份制公司，建立了一批鎂合金產(chǎn)業(yè)化基地，啟動(dòng)了鎂合金標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作，并已完成一批標(biāo)準(zhǔn)的制定。 鎂合金材料作為21世紀(jì)新型綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)材料,將在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化技術(shù)領(lǐng)域起到越來(lái)越重要的作用,西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已將鎂合金材料作為重要的戰(zhàn)略物資進(jìn)行研究開(kāi)發(fā),對(duì)其相關(guān)材料和制造技術(shù)的研究實(shí)行嚴(yán)格保密。而我國(guó)是鎂資源最豐富的國(guó)家,可利用的鎂資源占世界貯量的70%,是世界上原鎂生產(chǎn)和出口量最大的國(guó)家。但是,我國(guó)鎂產(chǎn)品和鎂合金加工技術(shù)水平較低,屬于典型的以犧牲資源和環(huán)境為代價(jià)的原料出口性產(chǎn)業(yè)。開(kāi)展兵器用鎂合金材料及鎂合金零件的研發(fā),爭(zhēng)取形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鎂合金在兵器上應(yīng)用的集成技術(shù),即可加快和推動(dòng)國(guó)防工業(yè)科技技術(shù)進(jìn)步,使我國(guó)武器研制和生產(chǎn)達(dá)到國(guó)外同等先進(jìn)技術(shù)水平,同時(shí),也為鎂合金在民品上的應(yīng)用提供先進(jìn)制造技術(shù),拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)軍民品雙向互動(dòng),帶動(dòng)鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展,將我國(guó)的鎂資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為鎂技術(shù)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)都具有重大戰(zhàn)略意義。 鎂合金的研究主要也都是針對(duì)鎂合金耐蝕性差、耐磨性差、鑄造性差及易燃這些缺點(diǎn)而進(jìn)行的。 1）鎂合金的耐蝕性研究 鎂平衡電位較低(-21363伏),比鋁的標(biāo)準(zhǔn)電位(-11663伏)低,在常用介質(zhì)中也都很低,如在NaCl溶液中,鎂具有所有結(jié)構(gòu)金屬中最低的電位;此外,鎂的氧化膜疏松(=0179),不像氧化鋁膜那樣致密而有保護(hù)性,所以鎂合金的耐蝕性能較差,長(zhǎng)期以來(lái)阻礙了鎂合金的使用。另外,鎂有極高的化學(xué)活性,當(dāng)與不同類金屬配合時(shí)易發(fā)生電解腐蝕和微電腐蝕,影響鎂合金耐腐蝕性的主要元素是Fe、Cu、Ni等雜質(zhì)元素。 目前解決鎂合金耐蝕性的方法主要有以下幾種: 快速凝固:快速凝固提高鎂合金的抗腐蝕能力,主要原因是一方面合金化元素在基體中過(guò)飽和而增大基體的腐蝕電位,另一方面氧化膜中合金化元素的適當(dāng)增加而提高氧化膜的穩(wěn)定性。 表面合金化:在表面形成具有鋁的合金層。鋁合金表面的氧化膜致密,對(duì)合金有很好的保護(hù)作用。 表面涂層處理:用物理氣相沉積技術(shù)能獲得非平衡態(tài)的鎂合金薄膜,并能提高膜中合金化元素的含量,有利于提高鎂合金的抗腐蝕能力。在其表面涂上一層環(huán)氧樹(shù)脂涂層,當(dāng)涂層的陰抗大于臨界值時(shí),涂層具有保護(hù)性。日本一家公司已經(jīng)生產(chǎn)出一種鎂合金防銹劑,它減少了對(duì)環(huán)境污染和再處理時(shí)帶來(lái)合金成分變化而損害其加工性的問(wèn)題,它可在鎂合金的表面形成一層納米級(jí)的薄膜,既有良好的電磁屏蔽性,又有好的附著性。 表面氧化處理:表面氧化如微弧氧化是近年來(lái)興起的一種表面處理新技術(shù)。利用微弧區(qū)瞬間高溫?zé)Y(jié)作用直接在Al、Mg、Ti等非鐵金屬表面原位生長(zhǎng)陶瓷膜,以提高鎂合金的耐蝕性。 2）鎂合金的耐磨性研究 耐磨性的好與壞主要是合金表面的問(wèn)題,科學(xué)家們?cè)谶@一方面都做了不少的工作,如陽(yáng)極氧化、化學(xué)鍍鎳磷等。 3）鎂合金的阻燃研究32-35 (1)壓鑄過(guò)程中的阻燃:針對(duì)鎂合金在壓鑄充填過(guò)程中易燃、易氧化的特點(diǎn),國(guó)外目前采取的方式是改進(jìn)壓鑄技術(shù),隔絕鎂與氧發(fā)生反應(yīng)的條件。利用一定壓力的氬氣作用在封閉的坩堝內(nèi)的熔池液面上(通過(guò)浸在熔池中的坩堝內(nèi)的熔池液面上,通過(guò)浸在熔池中的泵體將鎂合金液定量壓出,直接充型壓鑄)。由以上可以看出,生產(chǎn)鎂合金所需要的設(shè)備復(fù)雜,因而提高了生產(chǎn)成本,這也是我國(guó)至今沒(méi)有在汽車(chē)行業(yè)大量使用鎂合金鑄件的原因。針對(duì)我國(guó)目前大多數(shù)壓鑄機(jī)均為普通的冷室鑄機(jī)的情況,如果鎂合金能使用(普通冷室壓鑄機(jī)),那么必將促進(jìn)鎂合金在我國(guó)的使用。(2)添加合金元素阻燃 能夠降低鎂活性的元素是Be和Ca。加入1%的Ca能提高燃點(diǎn)250。含Ca的氧化膜阻止氧液并阻止Mg的揮發(fā),從而提高了燃點(diǎn)。但Ca量過(guò)高時(shí),在晶界上出現(xiàn)富Ca金屬間化合物,降低力學(xué)性能。 鈹與鎂的親和力大于鎂與氧的親和力,因此可先讓鎂與氧反應(yīng),又因?yàn)檠趸數(shù)闹旅芏认禂?shù)大于1,因此在鎂合金中添加適量鈹可以防止鎂的燃燒。 (3)稀土阻燃 研究結(jié)果表明,隨著Ce添加量的增加,鎂合金起燃溫度逐漸增加,說(shuō)明Ce對(duì)鎂合金的阻燃具有顯著作用。1.4 鑄造鎂合金的應(yīng)用鎂作為最輕的金屬材料，具有一系列獨(dú)特的性能優(yōu)點(diǎn)。但以往因其耐蝕性差，制造困難和原料價(jià)格高昂等三大瓶頸問(wèn)題而阻礙了它的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。鎂的密度為1.8,僅為鋁2/3，其輕質(zhì)和可回收使用之特點(diǎn)使之日益成為現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的理想材料，20世紀(jì)90年代，其市場(chǎng)需求一直呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)36。全球鎂合金的需求年均增長(zhǎng)達(dá)到10%左右，西方鎂合金的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)率達(dá)到了15%以上，未來(lái)鎂合金的市場(chǎng)需求將呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。鎂合金主要應(yīng)用于汽車(chē)、3C、航空航天領(lǐng)域，其中應(yīng)用于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)（70%）、3C行業(yè)（20%）、軍事和航空航天（10%）。1.4.1航空航天領(lǐng)域就航空材料而言,結(jié)構(gòu)減重和結(jié)構(gòu)承載與功能一體化是飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的重要方向。鎂由于其低密度、高比強(qiáng)度的特性使得其很早就在航空工業(yè)上得到應(yīng)用。航空材料減重帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和性能的改善十分顯著,商用飛機(jī)與汽車(chē)減重相同重量帶來(lái)的燃油費(fèi)用節(jié)省,前者是后者的近100倍。而戰(zhàn)斗機(jī)的燃油費(fèi)用節(jié)省又是商用飛機(jī)的近10倍,更重要的是其機(jī)動(dòng)性能改善可以極大提高其戰(zhàn)斗力和生存能力。正因?yàn)槿绱?航空工業(yè)才會(huì)采取各種措施增加鎂合金的用量。1.4.2軍事領(lǐng)域鎂合金重量輕、比強(qiáng)度和剛度好、減振性能好、電磁干擾屏蔽能力強(qiáng)等特點(diǎn)能滿足軍工產(chǎn)品對(duì)減重、吸噪、減震、防輻射的要求。1.4.3汽車(chē)領(lǐng)域 鎂合金用作汽車(chē)零部件通常表現(xiàn)為以下優(yōu)點(diǎn): （1)提高燃油經(jīng)濟(jì)性綜合標(biāo)準(zhǔn),降低廢氣排放和燃油成本,據(jù)測(cè)算,汽車(chē)所用燃料的60%消耗于汽車(chē)自重,汽車(chē)每減重10%,耗油將減少8%10%; （2)重量減輕可以增加車(chē)輛的裝載能力和有效載荷,同時(shí)還可改善剎車(chē)和加速性能; （3）可以極大改善車(chē)輛的噪音、振動(dòng)現(xiàn)象。1.4.4摩托車(chē)領(lǐng)域 50多年來(lái),經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)革新,鎂合金在摩托車(chē)上的應(yīng)用也不斷在廣度和深度上進(jìn)行擴(kuò)展,應(yīng)用車(chē)型從賽車(chē)擴(kuò)展到運(yùn)動(dòng)型摩托、輕便型摩托、概念型摩托,覆蓋歐美日十幾種主要摩托車(chē)品牌,鎂合金應(yīng)用部件涵蓋動(dòng)力系統(tǒng),傳動(dòng)系統(tǒng)以及各種摩托車(chē)附件四十余種,其中僅英國(guó)的Dymay輪轂就應(yīng)用多達(dá)400種車(chē)型。國(guó)內(nèi)摩托車(chē)鎂合金的應(yīng)用目前尚屬空白,重慶隆鑫率先試制出型號(hào)為L(zhǎng)X150的“鎂合金綠色概念摩托車(chē)”,在國(guó)內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注,所采用的12個(gè)零部件如今已有3個(gè)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。1.4.53C領(lǐng)域 3C產(chǎn)品Computer,Communication,Consumer Electronic Product(計(jì)算機(jī)類、通訊類、消費(fèi)類電子產(chǎn)品)是當(dāng)今全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè),數(shù)字化技術(shù)導(dǎo)致了各類數(shù)字化產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)。鎂合金3C產(chǎn)品最早出現(xiàn)于日本,1998年,日本廠商開(kāi)始在各種可攜式商品(如PAD、手機(jī)等)采用鎂合金材質(zhì),如今運(yùn)用鎂合金最普遍的3C產(chǎn)品是筆記本電腦,也是由日本Sony公司率先推出的。在3C產(chǎn)品朝著輕、薄、短、小方向發(fā)展趨勢(shì)的推動(dòng)下,近年來(lái)鎂合金的應(yīng)用得到了持續(xù)增長(zhǎng)。1.5 鎂合金的熱處理1.5.1鎂合金熱處理特點(diǎn)由于鎂合金中原子擴(kuò)散速度慢，所以固溶處理后通常在靜止或流動(dòng)空氣中冷卻即可達(dá)到固溶處理的目的。另外，絕大多數(shù)鎂合金對(duì)自然時(shí)效不敏感，固溶后在室溫下放置仍能保持固溶狀態(tài)下的原有性能。1.5.2鎂合金熱處理前準(zhǔn)備a.熱處理用保護(hù)氣氛鎂合金熱處理在工藝上主要應(yīng)注意防止零件在高溫加熱過(guò)程發(fā)生氧化和燃燒，加熱爐常用空氣循環(huán)電爐，爐溫波動(dòng)5，加熱體與零件之間應(yīng)安置屏蔽罩，一般用不銹鋼制作。爐內(nèi)需保持中性氣氛（二氧化碳或氬氣）或含50%左右的二氧化硫的大氣氣氛。二氧化硫由管道通入爐膛或者事先在爐內(nèi)按50%左右的比例放置黃鐵礦（FeS2）或黃銅礦（CuFeS2），按含50%的SO2計(jì)算，每立方米爐膛容積加人1.332kg的FeS2。4FeS2+11O22Fe2O3+8SO23Mg+SO2=2MgO+MgSMgO和MgS復(fù)合表面膜很致密，具有保護(hù)作用。b.裝爐狀態(tài) 裝爐前必須將鎂合金工件表面的粉塵、細(xì)屑、油污和水汽等清除干凈，保證表面清潔和干燥，特別是高溫固溶處理時(shí)要尤為注意。由于不同鎂合金的熔點(diǎn)不同，因此同一爐次只能裝一種合金。鎂合金工件必須在爐內(nèi)排列整齊，且相鄰工件間應(yīng)預(yù)留足夠的空隙，以便于熱風(fēng)流通，保證溫度均勻性。c.熱處理設(shè)備 通常使用電爐或燃?xì)鉅t對(duì)鎂合金進(jìn)行固溶處理和人工時(shí)效，爐內(nèi)需要配備高速風(fēng)扇或者其他可用來(lái)循環(huán)氣體以提高爐溫均勻性的裝置，爐膛工作區(qū)的溫度波動(dòng)必須控制在5K范圍內(nèi)。加熱爐同時(shí)需要配置可靠性高的超溫?cái)嚯娧b置和報(bào)警系統(tǒng)。由于固溶處理的保護(hù)氣氛中有時(shí)含有SO2，從而使用氣密性好且有保護(hù)氣體人口的爐子比較合適。此外，熱處理爐內(nèi)還必須裝有足夠的熱電偶，以便能連續(xù)、實(shí)時(shí)地測(cè)量爐溫，爐內(nèi)任何一點(diǎn)的溫度都不能超過(guò)最高允許溫度。熱源必須屏蔽良好，以免鎂合金工件因受熱輻射而產(chǎn)生局部過(guò)熱。在使用不銹鋼作屏蔽裝置時(shí)，必須避免加熱過(guò)程中鋼件的氧化皮落在鎂合金工件上，否則會(huì)導(dǎo)致工件腐蝕。鎂合金在熱處理時(shí)較少采用鹽浴，禁止使用硝鹽。d.熱處理質(zhì)量控制 （1）裝爐溫度 Mg-Al-Zn系合金在進(jìn)行固溶處理時(shí)，應(yīng)該在260左右裝爐，然后緩慢升溫至合適的固溶溫度以防止共晶化合物發(fā)生熔化而形成熔孔。從260升溫至固溶溫度所需的時(shí)間取決于裝爐量，工件的成分、尺寸、質(zhì)量和截面厚度等，通常為2h。保溫適當(dāng)時(shí)間后在靜止的空氣中冷卻。（2）溫度控制 鎂合金在熱處理時(shí)對(duì)溫度控制精度的要求較為嚴(yán)格，固溶處理時(shí)允許的最大溫度波動(dòng)范圍為5K。因此，需要精確控制熱處理爐的爐溫并保證其溫度分布均勻，同時(shí)要求爐子具有良好的密封性。（3）變形控制 鎂合金在加熱時(shí)強(qiáng)度會(huì)降低，從而工件在自重作用下容易變形。同時(shí)，工件中的應(yīng)力在加熱過(guò)程中被逐步釋放或消除，也可能導(dǎo)致鎂合金工件彎曲口鎂合金工件的變形或彎曲在很大程度上受工件尺寸、形狀和截面厚度的影響。因此，需要根據(jù)這些因素和工件尺寸精度的要求，采用合適的支撐方法或選擇適當(dāng)?shù)姆胖梦恢脕?lái)減輕或消除鎂合金工件的變形。有時(shí)，人們采用專門(mén)的夾具和支架來(lái)防止工件變形。不論采取何種措施，都不應(yīng)該影響工件周?chē)臒嵫h(huán)。采用夾具等措施雖然能夠減小工件的彎曲和變形，但是某些鎂合金鑄件在熱處理后仍然需要矯直。在固溶處理后人工時(shí)效前進(jìn)行矯直比較合適。（4）淬火介質(zhì) 鎂合金固溶體的分解速率小，因而固溶處理后通常需要在靜止的空氣中冷卻。如果是厚截面工件且裝爐密度大，那么宜選擇人工強(qiáng)制氣冷。QE22A合金例外。QE22A合金在333368K下水淬可以獲得最佳的力學(xué)性能，但是其工件會(huì)因劇烈的水淬而變形，因此可以選擇冷卻速度高于3KS-1的空冷淬火口鎂合金工件選用乙二醇或者油作為淬火介質(zhì)時(shí)可以獲得良好的力學(xué)性能，同時(shí)工件變形程度小。1.5.3ZM5的熱處理工藝 ZM5合金可進(jìn)行各種類型的熱處理，但T4和T6狀態(tài)最常用。淬火溫度Ts=（410420）5，空冷，Ta=（175200）5，各時(shí)效16h或8h。T6的強(qiáng)度，尤其是屈服強(qiáng)度比T4高，但塑性明顯降低。根據(jù)本課題目殼體的要求，選擇T6熱處理處理方式。1.6 熱處理缺陷及其消除方法 鎂合金熱處理時(shí)容易產(chǎn)生的五種常見(jiàn)缺陷是：氧化、過(guò)燒、彎曲與變形、晶粒異常長(zhǎng)大和性能不均勻。1.6.1氧化 如果鎂合金工件進(jìn)行熱處理時(shí)沒(méi)有使用保護(hù)氣體，則會(huì)發(fā)生局部氧化甚至在爐內(nèi)起火燃燒。通常向熱處理爐內(nèi)通人（0 .51.5）%S或（ 3）%CO ，或含（0 .5）%Cq保護(hù)氣體，或惰性氣體來(lái)避免鎂合金工件的氧化。惰性氣體由于成本過(guò)高而較少應(yīng)用。此外，需要保證爐膛的清潔、干燥和密封。1.6.2過(guò)燒 加熱速度太快、加熱溫度超過(guò)了合金的固溶處理溫度極限，以及合金中存在較多的低熔點(diǎn)物質(zhì)時(shí)，鎂合金工件容易出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象。通常采用分段加熱或從533K升溫至固溶處理溫度的時(shí)間要大于2h，并將爐溫波動(dòng)控制在5K范圍以內(nèi)，以及降低鋅含量至規(guī)定的下限等方法來(lái)避免鎂合金工件的過(guò)燒。1.6.3彎曲與變形 熱處理過(guò)程中沒(méi)有使用夾具或支架、工件缺少支撐以及熱量分布不均勻等都會(huì)導(dǎo)致鎂合金工件彎曲和變形。為了減小或消除鎂合金工件的彎曲與變形，需要對(duì)以下幾個(gè)方面加以注意： 對(duì)于截面薄、跨度長(zhǎng)的工件需要支撐；對(duì)于形狀復(fù)雜的工件應(yīng)使用夾具或成形支架等；對(duì)于壁厚不均勻的工件將薄壁部分用石棉包扎起來(lái)。同時(shí)，需要合理放置爐內(nèi)工件以保證爐內(nèi)氣氛的良好循環(huán)和熱量的均勻分布。通過(guò)退火處理可以消除鑄件中的殘余應(yīng)力。此外，在熱處理過(guò)程中加熱速度要保持適中。1.6.4晶粒異常長(zhǎng)大 逐層凝固時(shí)使用冷鐵，導(dǎo)致局部冷卻太快，如果隨后熱處理時(shí)沒(méi)有預(yù)先消除內(nèi)應(yīng)力則容易導(dǎo)致鎂合金出現(xiàn)晶粒異常長(zhǎng)大現(xiàn)象。熱處理前進(jìn)行消除應(yīng)力處理、鑄造時(shí)注意選擇適當(dāng)?shù)睦滂F以及固溶處理時(shí)采用間斷加熱法可以有效避免鎂合金晶粒的異常長(zhǎng)大。1.6.5 性能不均勻 爐溫不均勻、爐內(nèi)熱循環(huán)不充分或者爐溫控制不精確、厚截面工件的固溶處理時(shí)間不夠和工件冷卻速度不均勻等是導(dǎo)致鎂合金工件性能不均勻的主要原因。防止鎂合金性能不均勻的主要措施有：用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶校對(duì)爐溫；控制爐溫的熱電偶要放在爐溫要求均勻的地方；裝爐時(shí)必須保證爐內(nèi)充分的熱循環(huán)；定期檢查加熱爐的控溫裝置以確保其工作正常；對(duì)于厚截面工件適當(dāng)延長(zhǎng)固溶處理時(shí)間以獲得完全均勻一致的組織；必要時(shí)進(jìn)行二次熱處理。1.6.6鑄件的尺寸穩(wěn)定性 所有的鑄造鎂合金在368K左右正常使用時(shí)都具有良好的尺寸穩(wěn)定性，幾乎沒(méi)有尺寸變化。某些Mg-Al-Mn和Mg-Al-Zn鑄造合金在368K以上保溫較長(zhǎng)時(shí)間后，尺寸會(huì)緩慢增大，Mg17Al12相（ZM5合金平衡組織為a+Mg17Al12）的析出是鑄件尺寸不穩(wěn)定的主要原因。由于母相和析出相的密度不同，因此鑄件尺寸會(huì)發(fā)生變化。隨著Mg17Al12相的不斷析出，鑄件的尺寸變化逐漸減小。1.7 發(fā)展前景鎂鋁合金作為一種更輕、更節(jié)能、更環(huán)保的材料,它的研究及應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化,并在一些領(lǐng)域得到廣泛和成功的運(yùn)用。未來(lái),鎂鋁合金將更加廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車(chē)等領(lǐng)域。研究開(kāi)發(fā)新型鎂合金材料既有巨大的經(jīng)濟(jì)效益,也有良好的社會(huì)和環(huán)境效益。隨著世界各國(guó)對(duì)鎂合金研究開(kāi)發(fā)不斷加大投入,除傳統(tǒng)的性能要求以外,研究開(kāi)發(fā)高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕以及穩(wěn)定力學(xué)性能的鎂合金是今后發(fā)展的方向37。1.8 本文主要研究工作鎂在我國(guó)研究很晚，工程應(yīng)用不普遍，關(guān)于ZM5殼體熱處理工藝太籠統(tǒng)，各種工藝下的性能各異，具體的還不太完善。隨著武器、汽車(chē)輕量化時(shí)代的發(fā)展，越來(lái)越多的各種零部件開(kāi)始采用鎂合金材料來(lái)代替原來(lái)的鋼鐵、鋁材料。尤其是鎂合金的熔煉、變質(zhì)工藝的不合理，嚴(yán)重制約著它的適用范圍，特別是熱處理對(duì)鎂合金性能的影響非常大。因此，選擇一種合適的鎂合金熱處理工藝用于殼體具有重要的實(shí)際意義。受寶雞器材廠企業(yè)委托，對(duì)Mg合金殼體的熱處理工藝進(jìn)行完善。本文主要通過(guò)相圖、差熱分析、過(guò)燒反應(yīng)、正交試驗(yàn)對(duì)ZM5的熱處理工藝進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)組織、XRD、SEM、EDS和力學(xué)性能的分析，得到一種適用于鎂合金殼體零件的鎂合金較好的熱處理工藝。與同組同學(xué)進(jìn)行了鎂合金制備工藝的研究，并將最佳制備工藝下的ZM5進(jìn)行最佳熱處理工藝，分析其組織、性能的增強(qiáng)機(jī)理。2 試驗(yàn)過(guò)程及方法2 試驗(yàn)過(guò)程及方法2.1 試驗(yàn)用原材料2.1.1原材料成分本試驗(yàn)選用ZM5（Mg-Al-Zn）中作為基礎(chǔ)材料,其合金成分見(jiàn)下表：表2.1 ZM5鎂合金的化學(xué)成分( %)AlZn MnSiCuFeNi雜質(zhì)總量7.59.00.20.80.150.5 0.300.200.050.010.502.1.2合金成分的作用 Al：能提高M(jìn)g合金的強(qiáng)度，改善壓鑄件的可鑄造性。但是，在晶界上析出-Mg17Al12的金屬間化合物會(huì)降低其合金的抗蠕變性能。 Zn：Zn在合金中的作用是能提高鑄件的抗蠕變性能。 Mn：在Mg中加入Mn對(duì)合金的力學(xué)性能的影響不大，但能降低合金的塑性。能略微提高合金的熔點(diǎn)，在含Al的Mg合金中可形成MgFeMn化合物，提高合金的耐熱性。 Si：用于改善壓鑄件的熱穩(wěn)定性和抗蠕變性能。 Cu、Fe、Ni：這3種元素在Mg合金中的固溶量很小，在其質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.2%時(shí)就能對(duì)Mg合金產(chǎn)生非常有害的影響。大大提高合金的腐蝕速率。2.2 精煉及變質(zhì)過(guò)程鎂精煉的原理是利用雜質(zhì)在金屬鎂和熔劑中的熔解度不同而將之除去。變質(zhì)處理:有意地向液態(tài)金屬中加入某些變質(zhì)劑,以細(xì)化晶粒和改善組織,達(dá)到提高材料性能的目的。 變質(zhì)處理就是向金屬液體中加入一些細(xì)小的形核劑（又稱為孕育劑或變質(zhì)劑），使它在金屬液中形成大量分散的人工制造的非自發(fā)晶核，從而獲得細(xì)小的鑄造晶粒。變質(zhì)處理是目前工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的方法。鎂合金熔煉變質(zhì)的目的是改變鎂合金的組織形態(tài),該工藝對(duì)合金的晶粒大小和力學(xué)性能有較大的影響,且對(duì)鎂液中的氧化夾雜亦有一定影響。未經(jīng)變質(zhì)處理的鎂合金，晶粒比較粗大，在厚處更為明顯。晶粒粗大將使合金的縮松和熱裂傾向大大加劇，力學(xué)性能下降很多，所以需對(duì)鎂合金液進(jìn)行變質(zhì)處理，使(Mg)晶體細(xì)化。本次試驗(yàn)使用六氯乙烷（C2Cl6）精煉劑，六氯乙烷是有機(jī)物，為白色晶體，西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）比重 2.09，升華溫度為 185.5，不吸潮，且無(wú)毒，易于保存。已大量生產(chǎn)，價(jià)格便宜，在生產(chǎn)中普遍采用。加入合金中的六氯乙烷發(fā)生下列反應(yīng)：C2Cl6+2O2=2CO2+3Cl2 六氯乙烷發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣，達(dá)到除氣精煉的目的。 在鎂液中添加C2Cl6，在高溫下分解還原出碳，碳又與鋁生成大量彌散的Al4C3質(zhì)點(diǎn)，Al4C3是高熔點(diǎn)高穩(wěn)定性化合物，其在鎂液中以固態(tài)質(zhì)點(diǎn)形式存在，Al4C3與-Mg同為六方晶系，兩者晶格常數(shù)相近（相差4%）。根據(jù)金屬結(jié)晶原理，晶格常數(shù)錯(cuò)配度小于9%即可成為晶核38，故Al4C3是Mg原子良好的非均質(zhì)形核核心，因而大量彌散的Al4C3使Mg晶粒細(xì)化。 六氯乙烷的精煉工藝參數(shù)如表2.2所示：表2.2 C2Cl6的精煉工藝參數(shù)精煉劑用量（wt%）精煉溫度（）靜置時(shí)間（min）六氯乙烷0.20.67107401520 本試驗(yàn)采用在ZM5基礎(chǔ)材料中變質(zhì)劑含量為0.6%的C2Cl6進(jìn)行熱處理研究。2.3 熱處理研究方案性能測(cè)試 制定試驗(yàn)方案如下：ZM5合金相圖模擬相圖分析過(guò)燒試驗(yàn)差熱分析組織分析性能測(cè)試最佳熱處理工藝正交試驗(yàn)相圖修正試驗(yàn)優(yōu)化組織分析圖2.1試驗(yàn)研究方案2.4 固溶溫度和時(shí)間確定2.4.1相圖分析相圖（Phase diagram），也稱相態(tài)圖、相平衡狀態(tài)圖，是用來(lái)表示相平衡系統(tǒng)的組成與一些參數(shù)（如溫度、壓力）之間關(guān)系的一種圖。它在物理化學(xué)、礦物學(xué)和材料科學(xué)中具有很重要的地位。廣義相圖是在給定條件下體系中各相之間建立平衡后熱力學(xué)變量強(qiáng)度變量的軌跡的幾何表達(dá)，相圖表達(dá)的是平衡態(tài)，嚴(yán)格說(shuō)是相平衡圖。利用相圖可以分析當(dāng)體系在外界條件發(fā)生變化時(shí)體系將要發(fā)生的各種變化和限度?？梢灶A(yù)知該體系中各鹽的析出順序以及變化規(guī)律，以便使我們需要的某種鹽從溶液中結(jié)晶析出，其他鹽溶解，從而實(shí)現(xiàn)分離。應(yīng)用相圖原理和方法，在化工生產(chǎn)中，僅采用蒸發(fā)、加水、升溫、降溫、冷凍、干燥、過(guò)濾分離或加入某種物質(zhì)等這些簡(jiǎn)單操作中的幾種方式，即可經(jīng)濟(jì)有效的應(yīng)用于大規(guī)?；ぎa(chǎn)品的生產(chǎn)。通過(guò)相圖分析或計(jì)算所得到的數(shù)據(jù)，可以確定某一新化工產(chǎn)品的工藝路線，改進(jìn)原有的生產(chǎn)工藝，從而使得工藝條件更合理更經(jīng)濟(jì)。 2.4.2（差示掃描量熱法）DSC分析差示掃描量熱法（differential scanning calorimetry）這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于一系列應(yīng)用，它既是一種例行的質(zhì)量測(cè)試也是一個(gè)研究工具。該