鎂合金的成分、組織和性能

1、第第 2 章章鎂合金的成分、組織和性能鎂合金的成分、組織和性能2. 1 概述概述 v工業(yè)用鎂的純度可達到工業(yè)用鎂的純度可達到99.9，但是純鎂不能用作結(jié)構(gòu)，但是純鎂不能用作結(jié)構(gòu)材料。材料。v在純鎂中加入在純鎂中加入鋁、鋅、鋰、錳、鋯和稀土鋁、鋅、鋰、錳、鋯和稀土等元素形成的等元素形成的鎂合金具有較高的強度，可以作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用。鎂合金具有較高的強度，可以作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用。v在在20世紀(jì)世紀(jì)20年代至年代至30年代晚期，鎂合金的開發(fā)和應(yīng)用達年代晚期，鎂合金的開發(fā)和應(yīng)用達到第一個高峰；在到第一個高峰；在20世紀(jì)世紀(jì)50年代，達到第二個高峰；從年代，達到第二個高峰；從20世紀(jì)世紀(jì)90年代至今

2、是第三個高峰。年代至今是第三個高峰。 2. 2 鎂合金成分對性能的影響鎂合金成分對性能的影響 221 鎂合金的合金化特點鎂合金的合金化特點v(1) 晶體結(jié)構(gòu)因素晶體結(jié)構(gòu)因素 v根據(jù)休謨一饒塞里定則根據(jù)休謨一饒塞里定則(HumeRothery Rules)，金屬結(jié)構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)相同，原子尺寸、電化學(xué)特征相近，才能形成相同，原子尺寸、電化學(xué)特征相近，才能形成無限固溶體無限固溶體。鎂具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)鎂具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)(hcp)，其它常用的密排六方金屬，其它常用的密排六方金屬(如鋅和鈹如鋅和鈹)，不能滿足上述條件，不能與鎂形成無限固溶體。，不能滿足上述條件，不能與鎂形成無限固溶體。只有鎘可滿足上

3、述條件，在高溫只有鎘可滿足上述條件，在高溫(253)下，能與鎂形成無下，能與鎂形成無限固溶體。限固溶體。v(2) 原子尺寸因素原子尺寸因素 v溶質(zhì)和溶劑原子大小的相對差值在溶質(zhì)和溶劑原子大小的相對差值在15以內(nèi)才可能形成無限以內(nèi)才可能形成無限固溶體。如圖固溶體。如圖2-1所示，對鎂來說，金屬元素中約有所示，對鎂來說，金屬元素中約有12可可能形成無限固溶體，約能形成無限固溶體，約110的金屬元素相對差值在的金屬元素相對差值在15左左右，其它則在右，其它則在15以外。以外。v v(3) 電負性因素電負性因素 v溶質(zhì)元素與溶劑元素之間的電負性相差越大，生成的化溶質(zhì)元素與溶劑元素之間的電負性相差越大，

4、生成的化合物越穩(wěn)定。合物越穩(wěn)定。DarkenGurry理論認為，電負性差值大理論認為，電負性差值大于于0.4的元素不易形成固溶體。的元素不易形成固溶體。v鎂具有較強的正電性，當(dāng)它與負電性元素形成合金時，鎂具有較強的正電性，當(dāng)它與負電性元素形成合金時，幾乎一定形成化合物。幾乎一定形成化合物。這些化合物往往具有拉弗斯這些化合物往往具有拉弗斯(Laves)型結(jié)構(gòu)，同時其成分具有正常的化學(xué)價規(guī)律型結(jié)構(gòu)，同時其成分具有正常的化學(xué)價規(guī)律。v拉弗斯相是一種金屬間化合物，它借大小原子排列的配拉弗斯相是一種金屬間化合物，它借大小原子排列的配合而實現(xiàn)密堆結(jié)構(gòu)，其分子式為合而實現(xiàn)密堆結(jié)構(gòu)，其分子式為AB2，A原子半

5、徑大于原子半徑大于B原子半徑。原子半徑。v盡管形成拉弗斯相的主要因素是尺寸因素，但是電子濃盡管形成拉弗斯相的主要因素是尺寸因素，但是電子濃度在確定其結(jié)構(gòu)類型和穩(wěn)定性方面起著重要作用。度在確定其結(jié)構(gòu)類型和穩(wěn)定性方面起著重要作用。v典型的拉弗斯相包括三種：典型的拉弗斯相包括三種：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化合物的穩(wěn)定性可用熔點來表示，表化合物的穩(wěn)定性可用熔點來表示，表2-1列出鎂合金化合列出鎂合金化合物的熔點。物的熔點。v可見，可見，Mg17Al12熔點最低，熔點最低，Mg2

6、Si熔點最高。所以，熔點最高。所以，Mg-Al合金耐高溫性能較差，而合金耐高溫性能較差，而Mg-Si耐高溫性能較好。耐高溫性能較好。表表2-1 鎂合金化合物的熔點鎂合金化合物的熔點v(4) 原子價因素原子價因素 v業(yè)已指出，當(dāng)溶質(zhì)和溶劑的原子價相差越大，則溶解度業(yè)已指出，當(dāng)溶質(zhì)和溶劑的原子價相差越大，則溶解度越小。越小。v與低價元素相比，較高價元素在鎂中的溶解度較大。與低價元素相比，較高價元素在鎂中的溶解度較大。v所以，盡管所以，盡管Mg-Ag和和Mg-In之間原子價差是相同的，但之間原子價差是相同的，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一價銀在二價鎂中的溶解度比三價銦在鎂中的溶

7、解度要小得多。小得多。 222 鎂合金成分與牌號鎂合金成分與牌號 v目前，國際上傾向于采用美國試驗材料協(xié)會目前，國際上傾向于采用美國試驗材料協(xié)會(ASTM)使用使用的方法來標(biāo)記鎂合金。的方法來標(biāo)記鎂合金。v鎂合金中合金元素代號見表鎂合金中合金元素代號見表2-2。v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)量分數(shù)數(shù)()。其局限性是不能表示出有意添加的其它元素。其局限性是不能表示出有意添加的其它元素。v由于這個原因，這種體系需要改進。由于這個原因，這種體系需要改進。v后綴字母后綴字母A、B、C、D、E等是指成分和特定范圍純度的等是指成分和特定范圍純

8、度的變化。變化。v如如AZ91E表示主要合金元素為表示主要合金元素為Al和和Zn，其名義含量分別，其名義含量分別為為9和和1，E表示表示AZ91E是含是含9Al和和1Zn合金系列合金系列的第五位。的第五位。 表表2-2 鎂合金中合金元素代號鎂合金中合金元素代號 223 鎂合金的分類及熱處理鎂合金的分類及熱處理 v鎂合金的分類有三種方式：化學(xué)成分、成形工藝和是否含鎂合金的分類有三種方式：化學(xué)成分、成形工藝和是否含鋯。鋯。v根據(jù)化學(xué)成分，以五個主要合金元素根據(jù)化學(xué)成分，以五個主要合金元素Mn、Al、Zn、Zr和和稀土為基礎(chǔ)，組成基本合金系：稀土為基礎(chǔ)，組成基本合金系：Mg-Mn，Mg-Al-Mn，

9、Mg-Al-Zn-Mn，Mg-Zr，Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr，Mg-Ag-RE-Zr，Mg-Y-RE-Zr。vTh也是鎂合金的一種合金元素，組成合金系：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。因Th具有放射性，基具有放射性，基本不再使用。本不再使用。v按有無按有無Al，分為含，分為含Al鎂合金和不含鎂合金和不含Al鎂合金；鎂合金；v按有無按有無Zr，可分含，可分含Zr合金和不含合金和不含Zr合金。合金。v根據(jù)加工工藝劃分，鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合根據(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

10、金兩大類(見圖見圖2-2)。兩者沒有嚴格的區(qū)分，鑄造鎂合金。兩者沒有嚴格的區(qū)分，鑄造鎂合金如如AZ91、AM20、AM50、AM60、AE42等也可以作為鍛等也可以作為鍛造鎂合金。造鎂合金。 圖圖2-2 鎂合金的分類鎂合金的分類 v目前國外在工業(yè)中應(yīng)用較廣泛的鎂合金是壓鑄鎂合金，主目前國外在工業(yè)中應(yīng)用較廣泛的鎂合金是壓鑄鎂合金，主要有以下要有以下4個系列：個系列：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我國鑄造鎂合金主要有如下三個系列：我國鑄造鎂合金主要有如下三個系列：Mg-Zn-Zr、Mg-Zn-Zr-RE和

11、和Mg-Al-Zn系列。系列。v變形鎂合金有變形鎂合金有Mg-Mn、Mg-Al-Zn和和Mg-Zn-Zr。v中國鎂合金牌號與美國鎂合金牌號對比見表中國鎂合金牌號與美國鎂合金牌號對比見表2-3。v常見壓鑄鎂合金和變形鎂合金的化學(xué)成分分別見表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、表表2-5。v鎂合金熱處理采用與鋁合金同樣的系統(tǒng)標(biāo)示。鎂合金熱處理采用與鋁合金同樣的系統(tǒng)標(biāo)示。v常用的有：常用的有：T4固溶處理，固溶處理，T5人工時效，人工時效，T6固溶處固溶處理后人工時效。理后人工時效。 表表2-3 中國鎂合金牌號與美國鎂合金牌號對比中國鎂合金牌號與美國鎂合金牌號對比表表2- 4 壓鑄鎂

12、合金的化學(xué)成分壓鑄鎂合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)) 表表2-5 變形鎂合金的化學(xué)成分變形鎂合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)) 2. 2. 4 合金元素對組織和性能的影響合金元素對組織和性能的影響v合金元素對鎂合金組織和性能有著重要影響。合金元素對鎂合金組織和性能有著重要影響。v上面已經(jīng)提到，加入不同合金元素，可以改變鎂合金共上面已經(jīng)提到，加入不同合金元素，可以改變鎂合金共晶化合物或第二相的組成、結(jié)構(gòu)以及形態(tài)和分布，可得晶化合物或第二相的組成、結(jié)構(gòu)以及形態(tài)和分布，可得到性能完全不同的鎂合金。到性能完全不同的鎂合金。v鎂合金的主要合金元素有鎂合金的主要合金元素有Al、Zn和和Mn等，有害元素有

13、等，有害元素有Fe、Ni和和Cu等等(見圖見圖2-3)。 圖圖2- 3 合金元素和有害金屬對鎂的腐蝕速率的影響合金元素和有害金屬對鎂的腐蝕速率的影響 (3NaCl溶液溶液) v(1) 鋁鋁 v在固態(tài)鎂中具有較大的固溶度，其極限固溶度為在固態(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。左右。v鋁可改善壓鑄件的可鑄造性，提高鑄件強度。鋁可改善壓鑄件的可鑄造性，提高鑄件強度。v但是，但是，Mg17Al12在晶界上析出會降低抗蠕變性能。特在晶界上析出會降低抗蠕變性能。特別是在別是在AZ91合金中這一析

14、出量會達到很高。合金中這一析出量會達到很高。v在鑄造鎂合金中鋁含量可達到在鑄造鎂合金中鋁含量可達到79，而在變形鋁合，而在變形鋁合金中鋁含量一般控制在金中鋁含量一般控制在35。v鋁含量越高，耐蝕性越好。但是，應(yīng)力腐蝕敏感性隨鋁鋁含量越高，耐蝕性越好。但是，應(yīng)力腐蝕敏感性隨鋁含量的增加而增加。含量的增加而增加。 v(2) 鋅鋅 v在鎂合金中的固溶度約為在鎂合金中的固溶度約為6.2，其固溶度隨溫度的降低，其固溶度隨溫度的降低而顯著減少。而顯著減少。v鋅可以提高鑄件的抗蠕變性能。鋅可以提高鑄件的抗蠕變性能。v鋅含量大于鋅含量大于2.5時對防腐性能有負面影響。時對防腐性能有負面影響。v原則上鋅含量一般

15、控制在原則上鋅含量一般控制在2以下。以下。v鋅能提高應(yīng)力腐蝕的敏感性，明顯地提高了鎂合金的疲鋅能提高應(yīng)力腐蝕的敏感性，明顯地提高了鎂合金的疲勞極限。勞極限。v(3) 錳錳 v在鎂中的極限溶解度為在鎂中的極限溶解度為3.4。v在鎂中加入錳對合金的力學(xué)性能影響不大，但降低塑性，在在鎂中加入錳對合金的力學(xué)性能影響不大，但降低塑性，在鎂合金中加入鎂合金中加入12.5錳的主要目的是提高合金的抗應(yīng)力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。腐蝕傾向，從而提高耐腐蝕性能和改善合金的焊接性能。v錳略微提高合金的熔點，在含鋁的鎂合金中可形成錳略微提高合金的熔點，在含鋁的鎂合

16、金中可形成MgFeMn化合物，可提高鎂合金的耐熱性?；衔?，可提高鎂合金的耐熱性。v由于冶煉過程中帶入較多的元素由于冶煉過程中帶入較多的元素Fe，通常有意加入一定的合，通常有意加入一定的合金元素金元素Mn來去除來去除Fe。v所以，所以，Mn在鎂合金中存在有兩類作用：一是作為合金元素，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，如可以提高鎂合金的韌性，如AM60，此類合金中，此類合金中Mn含量較高；含量較高；二是形成中間相二是形成中間相AlMn和和AIMnFe，此類合金中，此類合金中Mn含量較低。含量較低。v迄今為止，鎂合金中含迄今為止，鎂合金中含AlMn相的結(jié)構(gòu)還不很清楚

17、。相的結(jié)構(gòu)還不很清楚。Mn與與Al結(jié)合可形成中間相：結(jié)合可形成中間相：AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或或Al8Mn5。vWei 研究了壓鑄研究了壓鑄Mg-Al基鎂合金，認為含基鎂合金，認為含Mn相根據(jù)形態(tài)分相根據(jù)形態(tài)分兩類：一種為花瓣形，另一種為等軸或短棒狀。兩類：一種為花瓣形，另一種為等軸或短棒狀。vAlMn相在擠壓鎂合金相在擠壓鎂合金AM60組織中的結(jié)構(gòu)為具有規(guī)則外形的組織中的結(jié)構(gòu)為具有規(guī)則外形的等軸狀。等軸狀。 v(4) 硅硅 v可改善壓鑄件的熱穩(wěn)定性能與抗蠕變性能?？筛纳茐鸿T件的熱穩(wěn)定性能與抗蠕變性能。v因為在晶界處可形成細小彌散的析出相因為在晶界處可形成細小彌散的析出相

18、Mg2Si，它具有，它具有CaF2型面心立方晶體結(jié)構(gòu)，有較高的熔點和硬度。型面心立方晶體結(jié)構(gòu)，有較高的熔點和硬度。v但在鋁含量較低時，共晶但在鋁含量較低時，共晶Mg2Si相易呈漢字型，大大降低相易呈漢字型，大大降低合金的強度和塑性。合金的強度和塑性。v硅對應(yīng)力腐蝕無影響。硅對應(yīng)力腐蝕無影響。 v(5) 鋯鋯 v在鎂中的極限溶解度為在鎂中的極限溶解度為3.8。vZr是高熔點金屬，有較強的固溶強化作用。是高熔點金屬，有較強的固溶強化作用。vZr與與Mg具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，Mg-Zr合金在凝固時，會合金在凝固時，會析出析出 -Zr，可作為結(jié)晶時的非自發(fā)形核核心，因而可細化，可作為

19、結(jié)晶時的非自發(fā)形核核心，因而可細化晶粒。晶粒。v在鎂合金中加入在鎂合金中加入0.50.8Zr，其細化晶粒效果最好。，其細化晶粒效果最好。vZr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。蝕敏感性。v(6) 鈣鈣 v可細化組織，可細化組織，Ca與鎂形成具有六方與鎂形成具有六方MgZn2型結(jié)構(gòu)的高熔型結(jié)構(gòu)的高熔點點Mg2Ca相，使蠕變抗力有所提高并進一步降低成本。相，使蠕變抗力有所提高并進一步降低成本。v但是，但是，Ca含量超過含量超過1時，容易產(chǎn)生熱裂傾向。時，容易產(chǎn)生熱裂傾向。vCa對腐蝕性能產(chǎn)生不利影響，可能提高鎂合金對腐蝕性能產(chǎn)

20、生不利影響，可能提高鎂合金Mg-9Al 抗應(yīng)力腐蝕性能?？箲?yīng)力腐蝕性能。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各種稀土元素在鎂中的溶解度相差很大，各種稀土元素在鎂中的溶解度相差很大，Y在鎂中的極限固在鎂中的極限固溶度最大，為溶度最大，為11.4；Nd居中，為居中，為3.6；La和和Ce最小，分最小，分別為別為0.79和和0.52。v稀土元素可顯著提高鎂合金的耐熱性，細化晶粒，減少顯微稀土元素可顯著提高鎂合金的耐熱性，細化晶粒，減少顯微疏松和熱裂傾向，改善鑄造性能和焊接性能，

21、一般無應(yīng)力腐疏松和熱裂傾向，改善鑄造性能和焊接性能，一般無應(yīng)力腐蝕傾向，其耐蝕性不亞于其它鎂合金。蝕傾向，其耐蝕性不亞于其它鎂合金。vNd的綜合性能最佳，能同時提高室溫和高溫強化效應(yīng)；的綜合性能最佳，能同時提高室溫和高溫強化效應(yīng)；Ce和混合稀土次之，有改善耐熱性的作用，常溫強化效果和混合稀土次之，有改善耐熱性的作用，常溫強化效果很弱；很弱；La的效果更差，兩方面都趕不上的效果更差，兩方面都趕不上Nd和和Ce。vY和和Nd能細化晶粒，通過改變形變能細化晶粒，通過改變形變(滑移和孿生滑移和孿生)機制，提機制，提高合金的韌性。高合金的韌性。v加入混合稀土能明顯細化加入混合稀土能明顯細化ZK60鎂合金

22、的晶粒組織，提高鎂合金的晶粒組織，提高ZK60鎂合金的抗拉強度和屈服強度。鎂合金的抗拉強度和屈服強度。vCe對鎂合金應(yīng)力腐蝕性能無影響。對鎂合金應(yīng)力腐蝕性能無影響。vRE能提高鎂鋁合金能提高鎂鋁合金Mg-9Al 的抗應(yīng)力腐蝕性能。的抗應(yīng)力腐蝕性能。 vFe、Ni、Cu、Co四種元素在鎂中的固溶度很小，在其濃度四種元素在鎂中的固溶度很小，在其濃度小于小于0.2時就對鎂產(chǎn)生非常有害的影響，加速鎂的腐蝕。時就對鎂產(chǎn)生非常有害的影響，加速鎂的腐蝕。v合金元素對鎂合金性能的影響見表合金元素對鎂合金性能的影響見表2-6。 表表2- 6 合金元素對鎂合金性能的影響合金元素對鎂合金性能的影響 續(xù)表續(xù)表 2.

23、3 鑄造鎂合金組織和性能鑄造鎂合金組織和性能v鎂合金鑄造有多種方法，包括重力鑄造和壓力鑄造：砂型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、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。低壓鑄造和高壓鑄造。v通常所說的壓鑄通常所說的壓鑄(Die Casting)是指高壓鑄造，以區(qū)分重力是指高壓鑄造，以區(qū)分重力鑄造和低壓鑄造。鑄造和低壓鑄造。v對于具體材料，應(yīng)根據(jù)其化學(xué)成分、工藝要求來選擇合適對于具體材料，應(yīng)根據(jù)其化學(xué)成分、工藝要求來選擇合適的鑄造方法。的鑄造方法。v合金成分和鑄造工藝對組織結(jié)構(gòu)有重要的影響。合金

24、成分和鑄造工藝對組織結(jié)構(gòu)有重要的影響。v合金元素，尤其是稀土元素合金元素，尤其是稀土元素RE引起中間相結(jié)構(gòu)的復(fù)雜變化，引起中間相結(jié)構(gòu)的復(fù)雜變化，對鎂合金的組織和性能產(chǎn)生很大的影響。對鎂合金的組織和性能產(chǎn)生很大的影響。 2. 3. 1 Mg-Al系合金組織系合金組織 v根據(jù)根據(jù)Mg-Al二元相圖二元相圖(見圖見圖2-4)，Mg-Al系鑄造合金組織系鑄造合金組織在平衡狀態(tài)下是由在平衡狀態(tài)下是由 相和相和 (Mg17Al12)相組成的。相組成的。vMg17Al12相為體心立方相為體心立方(bcc)晶體結(jié)構(gòu)，其點陣常數(shù)為晶體結(jié)構(gòu)，其點陣常數(shù)為a=1.05438nm。v 相的數(shù)量隨鋁含量的增加而增多。相

25、的數(shù)量隨鋁含量的增加而增多。 圖圖2- 4 Mg-Al二元相圖二元相圖 2311 Mg-Al-Zn合金合金v Mg-Al-Zn合金最典型和常用的鎂合金是合金最典型和常用的鎂合金是AZ91D，其壓鑄，其壓鑄組織是由組織是由 相和在晶界析出的相和在晶界析出的相組成相組成(見圖見圖2-5)。v Mg-Al-Zn合金組織成分常常出現(xiàn)晶內(nèi)偏析現(xiàn)象，先結(jié)晶合金組織成分常常出現(xiàn)晶內(nèi)偏析現(xiàn)象，先結(jié)晶部分含部分含Al量較多，后結(jié)晶部分含量較多，后結(jié)晶部分含Mg量較多。晶界含量較多。晶界含Al量較量較高，晶內(nèi)含高，晶內(nèi)含Al量較低；表層量較低；表層Al含量較高，里層含量較高，里層Al含量較低。含量較低。v 另外，

26、由于冷卻速度的差異，導(dǎo)致壓鑄組織表層組織致另外，由于冷卻速度的差異，導(dǎo)致壓鑄組織表層組織致密、晶粒細??；而心部組織晶粒比較粗大。因而表面層硬密、晶粒細?。欢牟拷M織晶粒比較粗大。因而表面層硬度明顯高于心部硬度。度明顯高于心部硬度。v 研究表明，隨研究表明，隨AZ91D壓鑄件厚度的增加，鑄件的抗拉強壓鑄件厚度的增加，鑄件的抗拉強度及蠕變抗力下降。度及蠕變抗力下降。 圖圖2- 5 壓鑄壓鑄AZ91D鎂合金組織鎂合金組織 v隨隨Zn含量的增加，含量的增加，(Mg17Al12)相中合金成分會變成三元金相中合金成分會變成三元金屬間化合物屬間化合物MgxZnyAlz型。型。v例如，圖例如，圖2-6表示砂型

27、鑄造合金表示砂型鑄造合金AZ92和和AZ63的成分，的成分，AZ92合金只有合金只有Mg17Al12，而，而AZ63合金除合金除Mg17Al12以外，還有以外，還有三元化合物三元化合物Al3Mg3Zn2。Mg-10Zn-4Al合金中只有合金中只有Mg32(Al，Zn)49；Mg-10Zn-6Al合金中的金屬間化合合金中的金屬間化合物主要是物主要是Al2Mg5Zn2。v壓鑄組織耐蝕性比砂型鑄造的要好。這是壓鑄組織表面鋁含壓鑄組織耐蝕性比砂型鑄造的要好。這是壓鑄組織表面鋁含量較高的緣故。鎂合金的力學(xué)性能隨量較高的緣故。鎂合金的力學(xué)性能隨Al含量的增加而提高。含量的增加而提高。v盡管壓鑄方法能很大程

28、度地減少組織中鑄造缺陷盡管壓鑄方法能很大程度地減少組織中鑄造缺陷(如空洞、如空洞、縮孔等縮孔等)，但不可避免地組織中還會存在一些缺陷。這些缺，但不可避免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。陷將會降低鎂合金的力學(xué)性能。v實驗表明，鑄造缺陷對疲勞性能有很大影響，往往是疲勞裂實驗表明，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。勞性能。 圖圖2- 6 Mg-Al-Zn合金系鎂角的三元等溫截面圖合金系鎂角的三元等溫截面圖 注：注：實線表示在給定溫度下的固溶度極限的等溫線

29、。虛線把鑄態(tài)合金的組織分實線表示在給定溫度下的固溶度極限的等溫線。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，這一區(qū)域內(nèi)的黑點為合金金AZ92。虛線右側(cè)的鑄態(tài)組織為固溶體、粗大的。虛線右側(cè)的鑄態(tài)組織為固溶體、粗大的Mg17Al12以及三元合金化合以及三元合金化合物物 Mg3Zn2Al3，例如白點處的成分為合金，例如白點處的成分為合金AZ63。其典型合金為其典型合金為AM50和和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、座椅架及車門可用于要求高伸長率、高韌性和高抗彎曲性能的工件，

30、如輪轂、座椅架及車門等。等。 2312 Mg-Al-Mn合金合金v依據(jù)依據(jù)Mg-Al-Mn合金相圖合金相圖2-7，其典型組織是除存在，其典型組織是除存在 相和在相和在晶界沉淀析出的晶界沉淀析出的 相相(Mg17Al12)以外，還存在含以外，還存在含Mn的中間的中間相。相。v根據(jù)合金中根據(jù)合金中Al的含量高低，這種中間相可能是的含量高低，這種中間相可能是AlMn、Al3Mn、Al4Mn、Al6Mn或或A15Mn8。vAM60中中AlMn相粒子在掃描照片中為白色相粒子在掃描照片中為白色見圖見圖2-8(a)。由。由能譜分析其主要成分為能譜分析其主要成分為AlMn(原子比原子比)1.121.15：1(

31、見見表表2-7)。vAlMn相形狀多為具有規(guī)則幾何形狀相形狀多為具有規(guī)則幾何形狀(如四方形如四方形)，少量圓形、，少量圓形、短棒形等外形。長軸方向和短軸方向沒有明顯差異，最大尺短棒形等外形。長軸方向和短軸方向沒有明顯差異，最大尺寸在寸在10m左右。左右。AlMn相有明顯的偏聚趨勢。相有明顯的偏聚趨勢。 圖圖2-7 Mg-Al-Mn三元相圖三元相圖 圖圖2- 8 AM60和和AZ61中中AlMn相相SEM形貌形貌 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合金中合金中也可能存在也可能存在AlMn粒子粒子(見表見表2-7)，這可能是由于在鎂合金的，這可能

32、是由于在鎂合金的冶煉過程中，為除去有害元素冶煉過程中，為除去有害元素Fe而有意加入而有意加入Mn元素所產(chǎn)生元素所產(chǎn)生的。的。v圖圖2-8(b)所示為所示為AZ61中中AlMn粒子形貌。粒子形貌。表表2-7 能譜分析能譜分析AlMn相化學(xué)成分相化學(xué)成分at. 2313 Mg-Al-RE合金合金vMg-RE系相圖顯示系相圖顯示RE在在Mg中形成中形成有限有限固溶體，產(chǎn)生細小的固溶體，產(chǎn)生細小的Mg3RE和和Mg12RE粒子沉淀強化。粒子沉淀強化。v在在Mg-Al合金中加入合金中加入RE，RE優(yōu)先結(jié)合優(yōu)先結(jié)合Al而不會與而不會與Mg形成化形成化合物或合物或Mg-Al-RE三元相，可能形成三元相，可能

33、形成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)的典型組織為基體的典型組織為基體-Mg和和中間相中間相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的結(jié)構(gòu)類似于的結(jié)構(gòu)類似于Al4Ce化合物，具有體心正交晶體結(jié)構(gòu)，化合物，具有體心正交晶體結(jié)構(gòu)，其點陣常數(shù)為其點陣常數(shù)為a=0.4395nm，b=1.3025nm，c=1.0092nm。v然而，在然而，在Mg-4Al-1.4RE(50Ce，25La，20Nd，3Pr)的鑄態(tài)組織里，因

34、為的鑄態(tài)組織里，因為Al的存在，的存在，RE與與Al化合形成了化合形成了Al11RE13和和Al10RE2Mn7兩相。兩相。v這是由于這是由于Al在在Mg基體里產(chǎn)生偏析，基體里產(chǎn)生偏析，Al在晶界處的濃度估計在晶界處的濃度估計要高于晶內(nèi)要高于晶內(nèi)(31)倍。倍。vX射線能譜射線能譜(EDS)證實在晶粒內(nèi)部證實在晶粒內(nèi)部Al的含量為的含量為1.52.0，而在不同的晶界處而在不同的晶界處Al的含量在的含量在47之間變化。之間變化。v-Al12Mg17相或者是在晶界附近呈薄且平行的板條狀，或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。者是在晶界上生長成較大的粒子。v在在Mg

35、基體基面上生長的板條狀基體基面上生長的板條狀 相具有如下位相關(guān)系：相具有如下位相關(guān)系：(0001)Mg|(1-10)和和(01-10)Mg|(11-2)。其典型合金為。其典型合金為AE42，可用于高溫下要求高蠕變強度的部件。，可用于高溫下要求高蠕變強度的部件。 2314 Mg-Al-Si合金合金v AS系耐熱鎂合金組織特征是在晶界處形成細小彌散分布的系耐熱鎂合金組織特征是在晶界處形成細小彌散分布的穩(wěn)定析出相穩(wěn)定析出相Mg2Si，它具有，它具有Ca2F型面心立方晶體結(jié)構(gòu)，較型面心立方晶體結(jié)構(gòu)，較高的熔點高的熔點(1085)、硬度、硬度(460HV0.3)和較低的密度和較低的密度(1.9gcm3)

36、。vMg2Si提高合金的抗蠕變能力。提高合金的抗蠕變能力。v其典型合金為其典型合金為AS41和和AS21，適合于較高溫度，適合于較高溫度(150)下強下強度較高的部件。度較高的部件。 2315 Mg-Al-Ca合金合金vMg-Al-Ca合金組織特征是存在合金組織特征是存在Al2Ca和和Mg2Ca化合物?；衔?。vMg-Al-Ca合金具有較高的耐熱性和阻燃性，但是耐蝕性有合金具有較高的耐熱性和阻燃性，但是耐蝕性有所降低。所降低。v日本開發(fā)了一種新的耐熱鎂合金日本開發(fā)了一種新的耐熱鎂合金(ACM522)，其成分為，其成分為Mg-5Al-2Ca-2MM-0.3Mn。其組織為初生。其組織為初生(Mg)

37、相，在晶界分散相，在晶界分散著的黑色粒子為著的黑色粒子為Al-Ce相，淺色的化合物為相，淺色的化合物為Al-Ca、Mg-Ca等相。該合金可在等相。該合金可在150200范圍使用。范圍使用。 232 Mg-Zn系合金系合金 vMg-Zn系合金組織特征是可能含有系合金組織特征是可能含有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應(yīng)生成的離異共晶沉淀物二元合金中由共晶反應(yīng)生成的離異共晶沉淀物主要為主要為Mg51Zn20，其晶體結(jié)構(gòu)為十二面體配位多面體結(jié)，其晶體結(jié)構(gòu)為十二面體配位多面體結(jié)構(gòu)，晶體空間點陣為正交系，空

38、間群為構(gòu)，晶體空間點陣為正交系，空間群為Immm，點陣常數(shù)，點陣常數(shù)為為a=1.4083nm，b=1.4486nm，c=1.4025nm。v根據(jù)根據(jù)Mg-Zn二元相圖，共晶反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生了大量的共晶沉二元相圖，共晶反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生了大量的共晶沉淀物淀物Mg51Zn20和與之相應(yīng)的和與之相應(yīng)的Mg7Zn3。有時能發(fā)現(xiàn)在晶界。有時能發(fā)現(xiàn)在晶界上粗大的上粗大的Mg51Zn20。v共晶相里還存在一些較小的沉淀相，通過電子衍射證實這種共晶相里還存在一些較小的沉淀相，通過電子衍射證實這種相有著與相有著與MgZn2拉弗斯相相同的晶體結(jié)構(gòu)。拉弗斯相相同的晶體結(jié)構(gòu)。v在共晶區(qū)域里共有三種不同的組織形貌，除了在共晶

39、區(qū)域里共有三種不同的組織形貌，除了Mg51Zn20沉沉淀粒子外，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狀沉淀MgZn相，它是在凝固冷卻過程中相，它是在凝固冷卻過程中Mg51Zn20部分分部分分解產(chǎn)生的，其反應(yīng)式為解產(chǎn)生的，其反應(yīng)式為Mg51Zn20(Mg)+MgZn；另一種；另一種形貌是由在共晶體粒子外層的形貌是由在共晶體粒子外層的Mg51Zn20分解為片狀的分解為片狀的(Mg)和和MgZn相，及在此共晶體粒子里層的相，及在此共晶體粒子里層的Mg51Zn20分分解為解為(Mg)+MgZn相構(gòu)成的。相構(gòu)成的。 v經(jīng)經(jīng)315、4h固溶處

40、理，然后水淬的組織則為固溶處理，然后水淬的組織則為Mg51Zn20粒粒子完全分解后形成的中間相與子完全分解后形成的中間相與(Mg)交織在一起的緊密混合交織在一起的緊密混合物。這種中間相具有與物。這種中間相具有與MgZn2拉弗斯相一致的晶體結(jié)構(gòu)。拉弗斯相一致的晶體結(jié)構(gòu)。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)以下析出數(shù)原子層的細小板條狀沉淀物，此時此材料具有以下析出數(shù)原子層的細小板條狀沉淀物，此時此材料具有良好的蠕變性能。其組織為良好的蠕變性能。其組織為(Mg)基體和黑色化合物基體和黑色化合物Mg2Ca及白色化合物及白色化合物Mg5Ca2Zn5。vZ

41、E系列合金的高溫性能顯著優(yōu)于系列合金的高溫性能顯著優(yōu)于AZ91合金。合金。vZE41、ZC63是是Mg-Zn系耐熱合金，其常溫屈服強度高，高系耐熱合金，其常溫屈服強度高，高溫性能好。溫性能好。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對對Mg-8Zn合金組織有強烈的影響，所以合金組織有強烈的影響，所以Mg-8Zn-1.5MM合金共晶相組織有三種不同的共晶相，但從合金共晶相組織有三種不同的共晶相，但從它們的形貌上不能區(qū)分彼此。它們的形貌上不能區(qū)分彼此。v這三種相分別是這三種相分別是T相、相、Mg4Zn7相和相和MgZn2拉弗斯相。拉弗斯相。vT相主要為三元

42、共晶相相主要為三元共晶相Mg52.6Zn39.5MM7.9或或(MG，Zn)92.1MM7.9，具有，具有C心正交晶體結(jié)構(gòu)，其點陣常數(shù)為心正交晶體結(jié)構(gòu)，其點陣常數(shù)為a=0.96nm，b=1.12nm，c=0.94nm；Mg4Zn7相有一個相有一個B心單斜心單斜B2m晶體結(jié)構(gòu)，其點陣常數(shù)為晶體結(jié)構(gòu)，其點陣常數(shù)為a=2.596nm，b=1.428nm，c=0.524nm和和=102.50。2322 Mg-Zn-Al(-Ca)合金合金vMg-Zn-Al合金組織特征是存在合金組織特征是存在MgxZnyAlz和和MgZn中間相。中間相。v在含大約在含大約2Al的鎂合金里存在的鎂合金里存在MgZn化合物，

43、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的組織為的組織為基體、晶界共晶體基體、晶界共晶體相和相和在晶界沉積的粗大的在晶界沉積的粗大的(MgxZnyAlz)相。相。vMg-9Zn-4.5Al-0.6Ca合金組織的主要共晶化合物是合金組織的主要共晶化合物是Mg32(A1，Zn)49和和MgZn，其共晶化合物的數(shù)量隨，其共晶化合物的數(shù)量隨Zn和和Al含量的增加而增加。含量的增加而增加。vCa、Sr加入加入ZA142和和ZA144合金能夠提高其抗蠕變能力，合金能夠提高其抗蠕變能力，但但Ca的作用比的作用比Sr更明顯。更明顯。vCa和和Sr作為溶質(zhì)雖然

44、一定程度地存在于作為溶質(zhì)雖然一定程度地存在于Mg基體中，但是大基體中，但是大量地還是存在于量地還是存在于MgxZnyAlz相中。相中。 233 鑄造鎂合金的性能鑄造鎂合金的性能 v 國外常用壓鑄鎂合金的典型力學(xué)性能見表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，砂型鑄造鎂合金鎂合金Mg-Al-Zn和和Mg-Zr的力學(xué)性能和疲勞性能分別見表的力學(xué)性能和疲勞性能分別見表2-9、表、表2-10。 表表2-8 國外常用壓鑄鎂合金國外常用壓鑄鎂合金(棒料棒料)的典型力學(xué)性能的典型力學(xué)性能無缺口夏氏試驗。無缺口夏氏試驗。表表2-9 砂型鑄造鎂合金砂型鑄造鎂合金Mg-Al-Zn的力學(xué)性能和疲勞性能

45、的力學(xué)性能和疲勞性能 表表2-10 砂型鑄造鎂合金砂型鑄造鎂合金Mg-Zr的力學(xué)性能和疲勞性能的力學(xué)性能和疲勞性能 24 變形鎂合金組織及性能變形鎂合金組織及性能v許多鎂合金既可做鑄造鎂合金又可做變形鎂合金。許多鎂合金既可做鑄造鎂合金又可做變形鎂合金。v變形鎂合金經(jīng)過擠壓、軋制和鍛造等工藝后具有比相同成分變形鎂合金經(jīng)過擠壓、軋制和鍛造等工藝后具有比相同成分的鑄造鎂合金更高的力學(xué)性能的鑄造鎂合金更高的力學(xué)性能(見圖見圖2-9)。v變形鎂合金制品有軋制薄板、擠壓件變形鎂合金制品有軋制薄板、擠壓件(如棒、型材和管材如棒、型材和管材)和和鍛件等。鍛件等。v這些產(chǎn)品具有更低成本、更高強度和延展性以及多樣

46、化的力這些產(chǎn)品具有更低成本、更高強度和延展性以及多樣化的力學(xué)性能等優(yōu)點。其工作溫度不超過學(xué)性能等優(yōu)點。其工作溫度不超過150。v在變形鎂合金中，常用的合金系是在變形鎂合金中，常用的合金系是Mg-Al系與系與Mg-Zn-Zr系。系。vMg-Al系變形合金一般屬于中等強度，塑性較高的變形鎂材系變形合金一般屬于中等強度，塑性較高的變形鎂材料，鋁含量約為料，鋁含量約為08，典型的合金為，典型的合金為AZ31、AZ61和和AZ80合金，由于合金，由于Mg-Al合金具有良好的強度、塑性和耐腐合金具有良好的強度、塑性和耐腐蝕綜合性能，而且價格較低，因此是最常用的合金系列。蝕綜合性能，而且價格較低，因此是最常

47、用的合金系列。vMg-Zn-Zr系合金一般屬于高強度材料，變形能力不如系合金一般屬于高強度材料，變形能力不如Mg-Al系合金，常要用擠壓工藝生產(chǎn)，典型合金為系合金，常要用擠壓工藝生產(chǎn)，典型合金為ZK60合金。常合金。常用變形鎂合金有用變形鎂合金有AZ31B、AZ61A、AZ80A和和ZK60等，其化等，其化學(xué)成分見表學(xué)成分見表2-5。 v典型的含稀土的變形鎂合金有典型的含稀土的變形鎂合金有ZE10A(Mg-1.5Zn-0.2RE)。v由于變形鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用還不夠充分，有關(guān)稀土對其由于變形鎂合金的開發(fā)與應(yīng)用還不夠充分，有關(guān)稀土對其組織和性能影響的研究遠不如在鑄造鎂合金中的那么深入，組織和性能

48、影響的研究遠不如在鑄造鎂合金中的那么深入，只有少量相關(guān)報道。只有少量相關(guān)報道。v在鎂中加鋰元素能獲得超輕變形鎂鋰合金，它是迄今為止在鎂中加鋰元素能獲得超輕變形鎂鋰合金，它是迄今為止最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有極優(yōu)的變形性能和較好的超塑最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有極優(yōu)的變形性能和較好的超塑性能，已應(yīng)用在航天和航空器上。性能，已應(yīng)用在航天和航空器上。 圖圖2- 9 鑄造鎂合金與變形鎂合金性能比較鑄造鎂合金與變形鎂合金性能比較241 變形鎂合金組織變形鎂合金組織vAZ31擠壓組織晶粒尺寸為擠壓組織晶粒尺寸為1520m，如圖，如圖2-10(a)所示。所示。AZ61擠壓組織如圖擠壓組織如圖2-10(b)所示。所

49、示。v可見，其組織由可見，其組織由相和沿晶界分布的相和沿晶界分布的相組成，并存在孿晶相組成，并存在孿晶組織。但是其組織形態(tài)與組織。但是其組織形態(tài)與AZ80組織有明顯的不同。組織有明顯的不同。v組織晶粒大小相差懸殊，大晶粒長達組織晶粒大小相差懸殊，大晶粒長達250m左右，而小的僅左右，而小的僅有有10m左右。左右。v從側(cè)向看，晶粒變形程度非常高，存在形變織構(gòu)。從側(cè)向看，晶粒變形程度非常高，存在形變織構(gòu)。v圖圖2-8 SEM形貌顯示在晶界或晶內(nèi)分布著大小不等的、具有形貌顯示在晶界或晶內(nèi)分布著大小不等的、具有規(guī)則形狀的規(guī)則形狀的AlMn相。這與相。這與Eliezer在在AZ61和和AZ31中觀察到中

50、觀察到的長條狀不同。的長條狀不同。v圖圖2-8、表、表2-8表明：經(jīng)表明：經(jīng)EDS分析其成分主要為分析其成分主要為Al和和Mn，AlMn(原子比原子比)為為(1.101.19)：1。 v圖圖2-10(c)所示為所示為AM60擠壓組織，它是由擠壓組織，它是由相和沿晶界分布相和沿晶界分布的的相組成的。組織很不均勻，存在少量孿晶組織。其組織相組成的。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，小晶粒尺寸約為為大小不等的等軸再結(jié)晶晶粒，小晶粒尺寸約為10m左右，左右，大晶粒尺寸約為大晶粒尺寸約為150m左右，其平均尺寸約為左右，其平均尺寸約為56m。在晶。在晶界或晶內(nèi)分布著大小不

51、等的黑色界或晶內(nèi)分布著大小不等的黑色AlMn相粒子。相粒子。v圖圖2-10(d)所示為鎂合金所示為鎂合金AZ80組織，組織，AZ80晶粒較細小，晶粒晶粒較細小，晶粒度約為度約為17m。從圖。從圖2-10中也可明顯地見到擠壓織構(gòu)中也可明顯地見到擠壓織構(gòu)(圖中黑圖中黑色成線狀的色成線狀的相代表了擠壓方向相代表了擠壓方向)。v圖圖2-11所示為所示為AZ80 TEM照片顯示照片顯示相為板條狀，板條之間相為板條狀，板條之間存在一定的位相關(guān)系。存在一定的位相關(guān)系。 v圖圖2-12所示為軋制所示為軋制AM60的組織形貌。軋制組織較擠壓組織的組織形貌。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

52、寸很難分辨，只均勻，縱向可見高密度孿晶晶粒，其晶粒尺寸很難分辨，只有極少量的晶粒為非孿晶晶粒，在晶界可見到細小晶粒。有極少量的晶粒為非孿晶晶粒，在晶界可見到細小晶粒。 圖圖2-10 AZ31、AZ61、AM60和和AZ80擠壓組織擠壓組織 圖圖2-11 AZ80板條狀板條狀相形貌相形貌 圖圖2-12 軋制軋制AM60的組織形貌的組織形貌242 變形鎂合金性能變形鎂合金性能 v變形鎂合金的力學(xué)性能與加工工藝、熱處理狀態(tài)等有很大關(guān)變形鎂合金的力學(xué)性能與加工工藝、熱處理狀態(tài)等有很大關(guān)系系(見表見表2-11、表、表2-12)，尤其是加工溫度不同，材料的力學(xué)，尤其是加工溫度不同，材料的力學(xué)性能可能會在很

53、寬的范圍。性能可能會在很寬的范圍。v在在400以下擠壓，擠壓合金已發(fā)生再結(jié)晶以下擠壓，擠壓合金已發(fā)生再結(jié)晶。v在在300進行冷擠壓，材料內(nèi)部保留了許多冷加工的顯微組進行冷擠壓，材料內(nèi)部保留了許多冷加工的顯微組織特征，如高密度位錯或?qū)\生組織?？椞卣?，如高密度位錯或?qū)\生組織。v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(見表見表2-13)。表表2-11 變形鎂合金的力學(xué)性能指標(biāo)變形鎂合金的力學(xué)性能指標(biāo)表表2-12 擠壓擠壓Mg-AI-Zn鎂合金的力學(xué)性能和疲勞性能鎂合金的力學(xué)性能和疲勞性能表表2-13 擠壓鎂合金力學(xué)性能與溫度的關(guān)系擠壓鎂合

54、金力學(xué)性能與溫度的關(guān)系v變形鎂合金產(chǎn)品中值得注意的兩方面是：變形鎂合金產(chǎn)品中值得注意的兩方面是：v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；方向上，彈性模量的變化不明顯；v變形鎂合金產(chǎn)品壓縮屈服強度低于其拉伸屈服強度，即變形鎂合金產(chǎn)品壓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，因此在涉及如彎曲等不均勻變形塑性變形時需特別注意。變形時需特別注意。v根據(jù)鎂的這些變形特點，在以后的變形鎂合金的發(fā)展過程根據(jù)鎂的這些變形特點，在以后的變形鎂合金的發(fā)展過程中要注意把塑性變形與

55、熱處理結(jié)合起來，充分利用細晶強中要注意把塑性變形與熱處理結(jié)合起來，充分利用細晶強化等新工藝方法，通過添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪鼗刃鹿に嚪椒?，通過添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?特別是稀土特別是稀土元素元素)來改進合金性能，制得先進的變形鎂合金材料。來改進合金性能，制得先進的變形鎂合金材料。 2. 5 鎂合金熱處理時效組織和性能鎂合金熱處理時效組織和性能v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形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形成共格沉淀物的階段，這種沉淀物具有成共格沉淀物的階段，這種沉淀物具有DO19晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)(見表見表2-14)，它類似于，它類似于Al-Cu合金時效時形成的

56、合金時效時形成的 / 相。相。vDO19晶胞的晶胞的a軸為鎂基體軸為鎂基體a軸的軸的2倍長，倍長，c軸相同。沉淀相以軸相同。沉淀相以片或盤的形式存在，平行于沿片或盤的形式存在，平行于沿10-10Mg和和11-20Mg平面的平面的Mg方向。方向。 表表2-14 鎂合金的時效沉淀相鎂合金的時效沉淀相251 Mg-Al系合金系合金 vMg-Al系二元合金在時效過程中，過飽和系二元合金在時效過程中，過飽和 固溶體不經(jīng)過任固溶體不經(jīng)過任何中間階段直接析出非共格的平衡相何中間階段直接析出非共格的平衡相Mg17Al12，不存在預(yù)，不存在預(yù)沉淀或過渡相階段。沉淀或過渡相階段。v但但Mg17Al12相在形成方式

57、上有兩種類型，即連續(xù)析出和非相在形成方式上有兩種類型，即連續(xù)析出和非連續(xù)析出。連續(xù)析出。v在一般的情況下，這兩種析出方式是共存的，但通常以非連在一般的情況下，這兩種析出方式是共存的，但通常以非連續(xù)析出為先導(dǎo)，然后再進行連續(xù)析出。續(xù)析出為先導(dǎo)，然后再進行連續(xù)析出。v這表明前者在能量上處于有利地位，易于形成。這表明前者在能量上處于有利地位，易于形成。 v非連續(xù)析出大多從晶界或位錯處開始，非連續(xù)析出大多從晶界或位錯處開始，Mg17Al12相以片狀相以片狀形式按一定的取向往晶內(nèi)生長，附近的形式按一定的取向往晶內(nèi)生長，附近的固溶體同時達到平固溶體同時達到平衡濃度。衡濃度。v由于整個反映區(qū)呈片狀結(jié)構(gòu)，由于

58、整個反映區(qū)呈片狀結(jié)構(gòu)，故有時也稱為珠光體型沉淀故有時也稱為珠光體型沉淀。v反應(yīng)區(qū)和未反應(yīng)區(qū)有明顯的分界面，后者的成分未發(fā)生變化，反應(yīng)區(qū)和未反應(yīng)區(qū)有明顯的分界面，后者的成分未發(fā)生變化，仍保持原有的過飽和程度仍保持原有的過飽和程度(見圖見圖2-13)。 圖圖2-13 Mg-Al-Zn鎂合金第二相形貌鎂合金第二相形貌 v從晶界開始的非連續(xù)析出進行到一定程度后，晶內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)從晶界開始的非連續(xù)析出進行到一定程度后，晶內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)析出析出。Mg17Al12以細小片狀形式沿基面以細小片狀形式沿基面(0001)生長。與此生長。與此相應(yīng)，基體含鋁量不斷下降，晶格常數(shù)連續(xù)增大，此時晶格相應(yīng)，基體含鋁量不斷下降，晶格

59、常數(shù)連續(xù)增大，此時晶格常數(shù)變化是連續(xù)的。常數(shù)變化是連續(xù)的。v最新的研究表明：最新的研究表明：AZ91鎂合金析出相有三種形態(tài)：鎂合金析出相有三種形態(tài)：I類板條類板條狀、狀、類六角棱柱狀、類六角棱柱狀、類短棒狀類短棒狀(見圖見圖2-14)。vI類析出相數(shù)量占類析出相數(shù)量占90以上，顆粒比較粗大，平躺在鎂的以上，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基面內(nèi)，而鎂在常溫下的滑移面也是(0001)基面，因基面，因此，這類析出相顆粒不能有效地阻礙位錯在基面上的滑移，此，這類析出相顆粒不能有效地阻礙位錯在基面上的滑移，時效強化效果欠佳。時效強化效果欠佳。v相反，由于第相反，由于

60、第類與基面正交，第類與基面正交，第類與基面斜交，所以，類與基面斜交，所以，有利于阻礙位錯的基面滑移，即有利于時效強化，但是其數(shù)有利于阻礙位錯的基面滑移，即有利于時效強化，但是其數(shù)量太少。增加這類相的數(shù)量應(yīng)是提高這類合金強度的有效途量太少。增加這類相的數(shù)量應(yīng)是提高這類合金強度的有效途徑之一。徑之一。 圖圖2-14 AZ91鎂合金鎂合金200時效時效析出相形貌析出相形貌 252 Mg-Zn系合金系合金 vMg-Zn系合金的時效過程比較復(fù)雜，系合金的時效過程比較復(fù)雜，存在預(yù)沉淀階段存在預(yù)沉淀階段。v在在110以下，觀察到以下，觀察到GP區(qū)區(qū)/(MgZn)。在。在110以上，不形成以上，不形成GP區(qū)，