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オ名ユ程 NONFERROUS METALS ENGINEERIN
doi:10.3969/js3.2095-1744.2012.02.008
铸造镁合金研究与应用进展
文王目孔,孙建新,刘新超
北京航星机器制造公司,北京100013
摘要:介绍铸造镁合金的基本性质,综述国内外铸造Mg-Al系合金、Mg-Zn系合金、铸造稀士镁
合金等材料的最新硏究进展,分析镁合金在航空航天、汽车和3C等领城的应用状况。
关键词:铸造镁合金;性能,综述,航空航天
中图分类号:TG146.,22
文献标识码:A
文章编号:2095-174(2012)02-0056-04
镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、高阻尼、原镁生产成本大幅度下降。镁合金的冶炼与回收能耗低
电磁屏蔽良好、易于铸造和加工等好的性能优点,被誉于铝合金,再加上镁易于加工,节省模具和刀具,因而
为“21世纪绿色环保和生态金属结构材料”,特别适用单位体积镁合金价格已低于铝合金。我国镁工业已经凭
于轻质结构件,近年来在航空航天、汽车和电子工业中借资源、能源、成本优势和产业创新优势奠定了在原镁
的应用得到了长足发展
生产方面的绝对优势,镁产品出口量居世界首位。
当前,日本、北美和欧洲等发达国家和地区已经加
镁合金的性质
大对镁合金轻质材料开发与应用研究的投入叫,其中包
镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一,储量居括现有的应用镁合念、新开发中的镁合金和新型镁基复
第8位,约占地売质量的2.35%。我国是镁矿资源非常合材料,镁合金应用和研究重点开始从汽车、电脑和家
丰富的国家,菱镁矿储量居世界首位,约27亿t,占全电等扩展到航空航天和兵工等国防领域。如2005-200
球储量的2.5%。镁合金的密度是1.74g/cm3,仅为铝年,欧盟在PF6框架内实施了一个名为“ AEROMAG”
合金的63%、钢的22%,具有良好的力学性能和减振性的研究计划,其中有3个航空航天制造企业、2个研究
能,良好的加工性能,良好的导热、磁屏蔽和减振性能。院、7所大学、7个镁材生产企业参与,对镁合金的治炼
近年来,随着航空航天、汽车和电子工业的迅速发成型工艺、机械加工性能、表面处理等进行了全方位的
展,大量的镁合金零部件被生产出来代替塑料、铝合金研究。如果这些研究成果能在航空航天器结构中获得较
零部件,镁合金结构件应用于汽车、3C(即计算机、通讯、为普遍的应用,将在减轻航空航天器自身质量方面取得
消费电子产品)及民用工业,尤其是航空航天领域
突破性的成就。
镁合金分类方式有化学成分、成型工艺和是否含
2镁合金的研究进展
在很多传统金属矿产资源趋于枯竭的今天,加速开收稿日期:201108-29
发镁金属材料是社会可持续发展的重要措施之一。目前
作者简介:王目孔(1985-),男,山东单县人,助理工程师,硕士
主要从事镁、铝合金铸造工艺设计及研究等方面的
我国原镁产量约占世界的70%。随着冶炼技术的成熟
工作
56技术进展 Technology Improvement
技术进展
表1镁合金中的化学成分的
合金
RE
Ni
其他
AZ91D8.3~9.70.35~1.00.15~0.50
≤0.0
≤0.030≤0.002≤0.0050≤0.02
M60B
5.5~6.5
≤0.220.24-0.60
≤0,10
≤0.010
≤0.002
≤0.0050≤0.02
4.4-5.4
≤0,10
0.002≤0.0040≤0.
AM20
1.7-2.5
≤0.20
0,20
≤0.05
≤0.008≤0.001≤0.0040≤0.01
1B3.5-5.0≤0.120.35~0.700
0,50-1、50≤0.020≤0.002≤0.0035≤0.02
1,9-2.50.15~0.25
≥0.20
0.70~1、20≤0.008≤0.001≤0.0040
≤0.01
E42
3.6-4.4
≤0.20
≥0.10
2.0~3.0
≤0.040≤0,00l≤0.0040≤0.01
锆。按化学成分,以主要合金元素Mn,Al,Zn,Zr和γ相的熔点437℃,随温度升高很容易软化和长大。因
稀土为基础,组成基本合金系:Mg-Al-Mn,Mg
而工业上一般不用单纯二元镁铝合金,而是在其中加入
Zn-mn, Mg-zr, Mg-zn-zr, MG-RE-ZR, MG-AG-RE
些合金元素改善其力学、抗腐蚀、高温和铸造性能。
Zr,Mg-Y-RE-Zr等。常用铸造镁合金的化学成分见表1。
目前应用最广泛的镁合金是AM和AZ系列合金,
按有无锆可分为含错和不含锆合金。按工艺可分为铸造其中AM20合金的塑性最高,AM50和AM60合金的常
镁合金和变形镁合金,然而两者并没有严格的区分,如规力学性能适中。 Lee Sunhakt等研究铸造A291镁
AZ91,AM20,AM50,AM60,AE42等既可以是铸造合金微观组织及微观断裂机理与添加微量稀士元素的关
镁合金也可以作为变形镁合金。后缀字母A,B,C和系,发现钇和钕有明显晶粒细化作用,合金韧性得到改
D等是指在成分和特定范围内纯度的变化,如AM60B善。袁广银、丁文江等研究锑合金化对AZ91镁合金
中AM分别标示主要合金元素铝和锰,名义成分分别为力学性能与组织的影响,表明锑可显著提高A791镁合
6%的铝和不到1%的锰,B代表该合金是AM系列的金室温至200℃区间的屈服强度,并且合金微观组织明
第二位。镁合金中合金元素的代表符号见表2
显细化。AM系列合金具有优良初性和塑性,在经受神
国内铸造镁合金一般按照合金系列分为镁铝系、镁击载荷和要求安全性较高的场合应用比较合适,如座位
锌錯系、稀土镁合金系等,下面综述这几种系列铸造镁架和设备仪表板
合金的最新研究进展。
Mg-Al-Si合金是20世纪70年代开发的压铸镁合
金,在170℃左右高温时,和AZ91与AM60相比,蠕
表2镁合金中合金元素的代号山
变强度好,延伸率、屈服强度和抗拉强度都比较好,广
代号
素代号
代号元素
泛应用于汽车曲轴、电动机架等。然而,这种合金不能
用砂型铸造,因为在较慢的冷却速度条件下,会形成粗
B
铝铋铜镉
HKLM
E
稀土
钍错锂锰镍铅
大的脆性相,降低材料的延伸率和抗拉强度。通过加入
QRsT
银铬硅锡钇锌
微量的钙来孕育和细化砂型铸造中的腌性组织,就能提
高其强度和塑性,使这种合金能够采用砂型铸造。
.2镁锌系合金
锌在镁锌系合金中主要起固溶强化作用并通过热处
理提高合金屆服极限。锆起细化晶粒,提高强度和屈
F
铁
P
Z
极限的作用,改善合金塑性和抗腐蚀性能,并提高合金
耐热性。如在镁铝合金中联合加入含量大于1%的钙和
2.1镁铝系合金
错,可以显著细化Mg-Zn的晶粒,如MZ4合金含有1.6%
最早的镁合金系列是二元镁铝系合金,铝在镁中的的钙和1.0%错。然而,过量的加入钙会降低镁合金的