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变形镁合金研究现状
任凤章,刘平,田保红,刘勇
(河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳47100)
摘要:对变形镁合金的研究现状和最新进展做了评述。重点分析了变形镁合金合金化原理、主要合金
元素在变形镁合金中的作用、变形镁合金的热处理以及变形镁合金制备中的诸如快速凝固和喷射沉积等
特种制备技术。并简要介绍了变形镁合金的应用领域
关键词:变形镁合金;塑性变形;快速凝固;喷射沉积;晶粒细化
中图分类号:TG146.,22
文献标识码:A
Current Status of Wrought Magnesium Alloy
REN Fengzhang, LIU Ping, TIAN Baohong, LIU Yong
(School of Materials Science and Engineering, Henan niversity of Science and Technology, Luoyang 471003)
Abstract: The current status and the new progress of wrought magnesium alloy are reviewed in this article. The
mechanism of alloying, effects of alloy element, heat treatment and special processing techniques such as rapid
olidification and spray forming are discussed especially. Moreover, the application areas for wrought
magnesium alloy are also introduced
Key words: wrought magnesium alloy; plastic deformation:; rapid solidification; spray forming; grain refinement
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,它展变形镁合金是镁合金生产中最具挑战性的技术,
具有比重轻,比强度和比刚度高,阻尼性、导热性、对镁合金在未来广泛应用具有重大的意义。
切削加工性、铸造性能好,电磁屏蔽能力强、尺寸
本文综合评述了近年来国内外在变形镁合金
稳定、资源丰富、容易回收等一系列优点,因此,领域的合金成分的设计、合金成形技术的现状和最
在汽车工业、通讯电子业和航空航天业等领域正得新发展趋势,展望了本领域的研究开发前景。
到日益广泛的应用。近年来镁合金产量在全球的年
增长率高达20%,显示出了极大的应用前景?
1镁及镁合金塑性变形的结枃特征
于镁合金的发展潜力和应用优势,引起了许多国家
纯镁的晶体密排六方(HCP),a=0.3209nm,
的政府、企业和研究机构对镁合金及其成形技术的c=0.5211nm,cla=1.623,与理论值1.633十分接近。
开发研究高度重视,投入了大量人力、财力,并取由于晶体发生塑性变形时的滑移面总是原子排列
得了显著效果。
的密排面,而滑移方向总是原子排列最密的方向
目前,工业镁合金产品多通过铸造的方式获密排六方结构的镁,其塑性变形在低于498K时仅
得。主要的铸造方法有:高、低压压力铸造:砂模
铸造;永久模铸造,并同时开发有新的半固态铸造限于基面和滑移方向为00014120>的滑移及锥
等工艺。根据国际镁协会(MA)分析,虽然目前铸
造镁合金产品用量大于变形产品,但经过挤压、锻
面和晶向为{1012}<1011>的李生。与其它常用
造、轧制等工艺生产出的变形产品具有更高的强金属相比,如铝(FCC结构)、铁(BCC结构)、铜
度、更好的延展性和更多样化的力学挫能。可以满(FCC结构),镁的滑移系少是造成其塑性变形能力
足更多样化结构件的需求。因此,作为结构材料的差的主要原因。在较高温度下,由于晶体中
镁合金,开发变形合金产品。生产高质量的板、棒、
管、型等产品,是其未来更长远的发展趋势。发{1011512滑移可以出现,从而使镁在高温下
的塑性增加。此外,密排六方晶体各晶面原子密排
作者简介:任风章(1964),男,河南商丘人,博土,副教程度常随轴比(cla)值变化而改变,在镁中加入
授,现从事金属功能材料研究。
联系方式:E- mail: rentz@mails. xjtu. edu cn
锂(Li)、铟(In)和银(Ag)等元素可以使轴比
降低,如镁中加入8%Li(摩尔分数),轴比下降到
万方数据
《金属热处理》2005年第30卷增刊
1.618,从而激活棱柱滑移系{101<1120>,使僕改善耐蚀性能
硅:降低铸造性能,与A1、Zn和Ag等元素
合金在较低温度下也具有较好的延展性的。
形成稳定的硅化物,是弱的晶粒细化剂,可改普蠕
晶粒细化改善镁合金屈服强度与延展性有巨变性能,但对腐蚀性能有害
大作用与潜力。晶粒细化是改善多晶镁变形结构特
钍:是抑制显微缩松、改善高温抗拉及蠕变性
征、提高镁合金性能的重要途径之一。在铝合金中,能、提高延展性的最有效的合金元素,但有放射性
晶粒细化已成为其生产中不可缺少的重要技术措
钇:有晶粒细化作用,改善高温抗拉及蠕变性
施,但该技术在镁合金生产中却未引起足够的重能,改善腐蚀行为
视。晶粒细化到一定程度可以保证多晶镁合金具备
锌:增加熔体流动性,弱晶粒细化剂,有形成
充分的延性转变能力。纯镁的晶粒尺寸细化到8显微缩松倾向,有沉淀硬化作用,对腐蚀性能影响
um以下时,其脆塑性转变温度可隆至室温;若采较小
用适当合金化及快速凝固工艺将晶粒细化到1um
错:最有效的晶粒细化剂,但与Si、Al和
时,甚至在室温下镁合金亦具有超塑性,其延伸率Mn等不容,可从熔体中清除Fe、Al、Si等元素
超过可达1000%?。因此通过镁合金晶粒细化,可稍微改善室温抗拉性能。
以调整材料的组织和性能,获得变形性能良好的材2.2常用的变形镁合金系
料
变形美合金有Mg-A1系、MgZn系、MgMn
2变形镁合金系
系、Mg-RE系、Mg-Th系、Mg系等剧。按热处
理的强化效果可分为可热处理强化和不可热处理
2.1镁合金中合金化元素的作用5?
强化镁合金。又可分为:MgMn系、MgAI-Zn系、
镁合金品种是通过合金化形成的,一般根据溶Mg-Zn-zr系、Mgi系、Mg-Th系、MgMn-RE
质原子与溶剂原子镁原子的半径差来决定所形成系、Mg-Zn-ZrRE系、Mg-AI-RE系、MgZn-RE
合金的性质。一些常用的合金元素有铝、锌、锰、系、Mg-RE系。
银、稀土、错、硅、钙、铁等,它们对镁的影响总
MgMn系合金有良好的耐蚀性能和最好的焊
结如下
接性,强度不高,02为140~200MPa,为240~280
银:在与稀土一起加入时可改善合金高温抗拉MPa。可加工成板材、型材和锻件,用来制作承力
和蠕变性能,但对合金抗腐蚀行为不利
不大的零件。
铝:改普合金铸造性能,但有形成显微缩松的
Mg-Al-Zn系变形镁合金的主要特点是强度
倾向,是固溶强化元素,在低温(<120℃)时沉淀高,能够进行热处理强化,并有良好的铸造和加工
强化,对腐蚀性能影响较小;
性能,但耐蚀性和