钙在铸造镁合金中的作用
稳恒磁场对含钙阻燃镁合金AZ91D力学性能和结晶取向的影响
３、实验结果及其讨论３．１磁场和钙对ＡＺ９１Ｄ铸态组织的影响图２不同条件下ＡＺ９１Ｄ凝固组织的演变（ａ）铸态（ｂ）Ｃ２ｃｌｓ变质处理（Ｃ）加入３ｗｔ％钙（ｄ）３ｗｔ％钙在磁场下凝固如图２（ａ）所示，ＡＺ９１Ｄ的铸态组织主要由粗大的初生相Ｑ镁和共晶组成，形成这种组织的原因是）主要是因为镁的原子尺寸大，固态下扩散激活能较高，结晶潜热小，凝固过程快，这些原因都导致了实际的铸造过程中都会得到远离平衡态的组织，其偏离程度取决于铸造方法和铸件尺寸。
钙能显著细化ＡＺ９１Ｄ的铸态组织，如图２（Ｃ）所示，但是０．５３Ｔ的磁场对铸态组织几乎没有影响如图２（ｄ）。
ＣｚＣｌｓ变质处理后铸态组织也显著细化，而且晶粒大小均匀，如图２（ｂ）所示。
镁合金中合金元素的细化晶粒的能力可以用生长限制因子来评估［１０－１１］，所谓生长限制因子就是溶质原子在固液界面前沿形成成分过冷，减慢溶质原子的扩散从而抑制晶粒生长的能力。
钙具有很好的细化晶粒的效果主要是因为钙的生长限制系数为１１．９ｌ，远远大于铝（４．３３）、Ｚｎ（５．３１）、Ｓｒ（３．５１）。
凝固时钙和铝形成高熔点的Ａ１ｚＣａ，凝固开始后偏聚在晶界处，阻碍晶粒的长大，起到晶粒细化的作用。
３．２钙的面分布和线分布ＡＺ９１Ｄ的合金元素的面分布如图３所示，合金元素铝和钙一部分固溶于镁基体里，另外一部分富集于晶界，图４的合金元素线分布分析表明铝和钙有着几乎相同的线分布规律，同时增加和减少，说明铝和钙在晶界形成了化合物，结合图５中ＸＲＤ的分析，钙和铝形成了Ａ１２Ｃａ。
加入超过固溶极限的钙一般都会在富集于晶界形成富钙的金属间化合物，这是一种脆性相，能急剧地恶化镁合金的力学性能。
图３合金元素Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ的面分布（ａ）微观组织（ｂ）镁（ｃ）铝（ｄ）钙抗拉强度屈服强度延伸率断面收缩率合金ｏｂ／ＭＰａＯｏ．２／ＭＰａ６％１ｌ，％ＡＺ９１Ｄ＋３ｗｔ％Ｃａ５ｌ７７４．８５．７ＡＺ９１Ｄ＋３ｗｔ％Ｃａ＋０．５３Ｔ７０８７８．０６．５室温拉伸断口分析表明：断裂方式都是准解理断裂，脆性断裂，但是在磁场作用下的ＡＺ９１Ｄ＋３ｗｔ％Ｃａ试样的断口比没有磁场作用时有更多的撕裂岭，如图７所示。
加入钙和稀土对AZ91D镁合金起燃温度的影响
近 年来 ，汽 车工 业 的迅 速发 展 ，对 降低 产 品 自 重 、 约材料 、 小 能源 消耗 及环 境污 染 等提 出 了更 节 减 高的要 求 。镁合 金作 为结 构 材料 ， 具有 减 振性 好 、 电
作 用 ， 金液 成分 和温 度均 匀 ， 合 铸件 质量 高 。其 缺点
是 耗 电量大 ， 除硫 、 有 害 元 素作 用 差 ， 去 磷 要求 金 属
炉 料硫 、 含量 低 。 磷
１３ 实 验 方 法 ．
磁 屏蔽好 、 比强 度 高 、铸 造性 能 优 良和质 量轻 等 优
点， 正在 被大量 应用 于汽 车制 造工业 【】 但是 由于镁 １。 ． ２ 合 金在熔 炼及 成 型过 程 中极 易 氧化 燃烧 ，其大 规模 的工 业化 应用受 到 了限制 。因此 ， 决镁 合金 的氧 化 解 燃烧 问题是 镁合 金能 否大 量应用 的关 键１ 在 此 ， ３ 一。 我 们 研究 了加 入 Ｃ 和Ｒ 混 合 氢 稀 土 ） Ａ ９ Ｄ 合 ａ Ｅ（ 对 Ｚ１镁
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第 ８卷
第 ２期
重庆 科技 学 院学报 （ 自然科 学版 ）
２０ ０ ６年 ６月
加 入 钙 和 稀 土 对 Ａ ９ 镁 合 金起 燃 温 度 的影 响 Ｚ１ Ｄ
蒋汉 祥 郭 红 马立华 龙治辉 梁 莉
（ 重庆 大学材料 科 学与 工程 学 院 ， 庆 ４ ０ ３ ） 重 ０００
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３ ・ ６
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蒋 汉 祥 ， 红 ， 立 华 ， 治 辉 ， 莉 ： 入 钙 和 稀 土 对 Ａ １ 镁 合 金 起 燃 温 度 的 影 响 郭 马 龙 梁 加 Ｚ９Ｄ
微量元素对铝合金性能的影响
微量元素对铝合金性能的影响一、硅(Si)是改善流动性能的主要成份。
从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。
但结晶析出的硅(Si)易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。
另外，硅(Si)可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低。
在铝合金中固溶进铜(Cu)，机械性能可以提高，切削性变好。
不过，耐蚀性降低，容易发生热间裂痕。
作为杂质的铜(Cu)也是这样。
二、镁(Mg):铝镁合金的耐蚀性最好，因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金，它的凝固范围很大，所以有热脆性，铸件易产生裂纹，难以铸造。
作为杂质的镁(Mg)，在AL-Cu-Si这种材料中，Mg2Si会使铸件变脆，所以一般标准在0.3%以内。
三、铁(Fe)杂质的铁(Fe)会生成FeAl3的针状结晶，由于压铸是急冷，所以析出的晶体很细，不能说是有害成份。
含量低于0.7%则有不易脱模的现象，所以含铁(Fe)0.8~1.0%反而好压铸。
含有大量的铁(Fe)，会生成金属化合物，形成硬点。
并且含铁(Fe)量过1.2%时，降低合金流动性，损害铸件的品质，缩短压铸设备中金属组件的寿命。
四、镍(Ni)和铜(Cu)一样，有增加抗拉强度和硬度的倾向，对耐蚀性影响很大。
想要改善高温强度耐热性，有时就加入镍(Ni)，但在耐蚀性及热导性方面有降低的影响五、锰(Mn)能改善含铜(Cu)，含硅(Si)合金的高温强度。
若超过一定限度，易生成Al-Si-Fe-P+Mn四元化合物，容易形成硬点以及降低导热性。
锰(Mn)能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒。
再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。
MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe)，形成(Fe，Mn)Al6减小铁的有害影响。
锰(Mn)是铝合金的重要元素，可以单独加入Al-Mn二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰(Mn)。
镁合金到底加了哪些元素
镁合金加了哪些元素我们经常说的镁合金都含有哪些金属非金属元素？不同的元素会如何影响合金的性能？带着这个问题探究一下：最早和镁形成合金并且最普遍使用的是金属铝元素。
最具代表性的镁铝锌合金AZ91，主要含有铝和锌元素。
铝可以提高合金的强度和耐腐蚀性。
锌加入镁铝合金可以增加铝在镁中的溶解度，提高铝的固溶强化作用。
以上三种金属经过人们长期的研究探索形成了较合适的掺加比例，目前AZ91和AZ84合金具有较好的综合力学性能。
镁锌合金(没有铝)的缺点是晶粒粗大，加锆（Zr）元素可以细化晶粒，改善性能。
加入Mn的镁铝锰合金AM60、AM50具有较高的伸长率和韧性，常用于抗冲击载荷及安全性较高的场合，如车轮、车门、座椅等。
AM60等合金工作温度不能高于120℃。
在AM50中加入一定量的钙（Ca）后，合金中形成了热稳定的三元金属间化合物，新合金工作温度提高到150℃。
镁铝硅合金AS系列是大众汽车公司开发的压铸镁合金。
175℃时，AS41合金的抗蠕变性能明显优于AZ91和AM60。
但是AS镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的Mg2Si相。
损害了合金的铸造性能和力学性能。
研究发现钙的添加能够细化Mg2Si颗粒，提高AS合金的组织和性能。
镁锌合金加入稀土（RE）元素形成稀土镁合金，典型代表是ZE41和AE42。
稀土元素的加入可改进镁铝合金的高温性能比，有效提高合金的室温和高温力学性能。
因此稀土在镁合金中应用十分广泛。
镁锂合金密度只有1.25~1.35g/cm³，具有很高的弹性模量。
镁锂合金比强度高、振动衰减性好、切削加工性好，是用于宇航工业理想的材料。
事实上，LA141镁锂合金就是由美国NASA于1960年开发并用于制造人造卫星及航空器部件的。
镁基复合材料是由镁金属基体和强化颗粒或纤维组成，具有优异的性能；高温蠕变稳定性好，热疲劳抗力高，热扩散系数小；表现弹性极限、刚度、抗拉强度和疲劳强度高。
镁基复合材料是不同于镁合金的研究领域。
关于硬脂酸钙在铸造材料中的应用
关于硬脂酸钙在覆膜砂中起到的作用
硬脂酸钙在覆膜砂中的应用是非常广泛的，它通常作为覆膜砂的润滑剂，南通新邦化工和大家一起来分享一下。
一、硬脂酸钙对覆膜砂的流动性、结块性、发气量、强度和热韧度都有影响。
二、硬脂酸钙均匀地分布在覆膜砂中，在制芯温度下树脂和硬脂酸钙先后软化熔融，形成相互贯穿的网络增加了树脂的柔软性，增大壳性的挠度，从而导致热韧度的增加；硬脂酸钙的润滑性能改善覆膜砂的流动性，使得砂芯的紧实度增加，从而提高了型芯的强度.
三、硬脂酸钙的熔点比树脂高60-80度，受热后的硬脂酸钙软化的时间比树脂晚，弥散于砂中未融化的硬脂酸钙在一定范围内起到了骨架作用。
在树脂软化期间阻隔了砂粒的沉降，减轻了砂芯空隙的形成和扩展倾向；同时也能起到提高覆膜砂熔点的作用硬脂酸钙还能改善覆膜砂的抗热开裂性，覆膜砂的热开裂主要原因是激热膨胀而产生热应力，随着硬脂酸钙用量的增加，热开裂时间逐渐推迟，其原因在于硬脂酸钙的熔点高于树脂，它的增加对提高砂芯的热塑性有利由此松弛了砂芯的热应力；硬脂酸钙在覆膜砂中加入量虽然很少，但作用却非常大，能防止覆膜砂结块性、改善流动性、改善抗脱壳性和脱模性。
四，硬脂酸钙的好坏不单影响覆膜砂的强度，对覆膜砂的高温性能也至关重要千万不可小视，其次在硬脂酸钙合成中加
入一定量的二氧化硅可更大程度的提高硬脂酸钙在覆膜砂中的高温性能。
铸造镁合金的主要特性和引用举例
铸造镁合金的主要特性和引用举例铸造镁合金比变形镁合金使用的更多。
铸造镁合金是航空工业中应用最广泛的一种轻合金。
用镁合金铸件代替铝合金铸件，在强度相等的条件下，可以使工件重量减轻百分之二十五到百分之三十。
镁合金和铝合金一样，根据加工方法可以分为变形（压力加工）镁合金和铸造镁合金两大类。
这些年来，随着压铸技术的发展，压铸镁合金已成为镁合金应用的主要领域。
此外，镁合金作为牺牲阳极其用途也有了很大的发展。
镁属于轻金属，纯金属镁为银白色，在空气中极易被氧化，形成一层薄氧化膜，可以防止其进一步氧化。
镁化学活性很高，在自然界中很难遇到纯镁矿。
在海水中以氯化物存在，约含百分之零点一四，在地壳中以光卤石、菱镁矿、白云石和一些其他化合物形式存在，含量达到百分之二点三五。
制取镁的方法方法有：第一种，熔融氯化镁电解法，它是主要的制镁法；第二种，用硅铁还原氧化镁的硅热法；第三种，用碳还原氧化镁的碳热法。
镁及镁合金的主要物化性能：（1）密度，20摄氏度金属镁的密度是1.738g/cm3，650摄氏度熔化温度下密度约为1.65g/cm3，液态镁密度为1.58g/cm3；（2）凝固体积收缩率为4.2%，相应线收缩率为1.5%；原子叙述12，原子价+2，相对原子质量24.30。
热性能：熔点，在标准大气压下，金属镁的熔点是650℃±1℃。
沸点在标准大气压下，金属镁的沸点是1107℃±3℃。
再结晶温度金属镁的再结晶温度最低位150℃。
再膨胀金属镁固体体积膨胀系数二十摄氏度到一百摄氏度之间为26.1*10-6，液体体积膨胀系数温度在六百五十一摄氏度到八百摄氏度之间为380*10-6。
热导率镁在二十摄氏度的热导率为154.5W/(mk)。
比热容（C）温度在二十摄氏度的时候镁的比热容是1.025kj。
气化潜热金属镁的汽化潜热是5150到5400kJ。
熔化潜热金属镁的熔化潜热是360~377KJ。
升华潜热金属镁的升华潜热是6113到6238KJ。
微量元素硅、钙对Mg-6Al-1Zn合金组织与性能的影响
北京１＝业人学【学硕士学位论文图３一Ｉ均匀化后Ｍｇ，６Ａｌ一１ｚｎ－ｘｓｉ镁合金的微观组织Ｆｊｇ－３－１１１１ｅｍｉｃｒｏ§ＩｒＩｌｃｔｕｒｅｏｆＭｇ一６舢一１Ｚｎ—ｘＳｉａｌｌｏｙｓａｆｔｅｒｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎＭ９２ｓｉ相外。
在Ｍｇ，６～一１ｚｎ．ｘｓｉ合金中没有发现其它新楣，由此推断。
Ｍｇ一６舢・１ｚｎ—ｘｓｉ合金组织中出现的多边形或汉字状化合物为Ｍ９２ｓｉ。
８图３－２Ｍ酌Ａ１．１压一ｘＳｉ中化合物形貌的变化Ｆｉｇ＿３－２ＭｏｒｐｂＤｌｏ盯恤Ｉ璐如ｍ毗ｉ蚰ｏｆｃｏｌｎｐｏ蚰ｄｉｎｔｈｅＭ哥６Ａ１．１２玉＿ｘｓｉ２Ｏ，。
圈３＿３Ｍｇ．６Ａｌ—ｌｚｎ—ｘｓｉ合金的ｘＲＤ图谱ａ）Ｍｇ．６Ａ１．１ｚｎ；ｂ）Ｍｇ一删一１Ｚｎ－０．２ｓｉ；ｃ）Ｍｇ－６Ａｌ一１ｚｎ－０．６ｓ站ｄ）Ｍｇ‘６Ａｌ・１ｚｎ＿１・０ｓＦｉ９３—３ｘＲＤｐａｔｔｅｍｏｆＭｇ－６Ａｌ一１ｚｌｌ《ｓｉｍａｇＩｌｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓ－１９一釜＊宅一３．１．３扫描电镜（ＳＥＭ）观察为进步’一证实Ｍ驴６～一１ｚｎ．ｘｓｉ中的汉字状化合物，对合金中出现的化合物进行ＳＥＭ和ＥＤｓ分析。
Ｍｇ．６趾．１ｚⅡ．ｘｓｉ镁合余中出现的汉字状化合物的ｓＥＭ图像和ＥＤｓ能谱如图３－４所示，ＥＤｓ能谱表明汉字状化合物中只含有Ｍｇ、ｓｉ两种元素，而且多点ＥＤＳ分析显示其成分比较稳定（见表３．１），表明汉字状的化合物为一种有固定组成的化合物，且Ｍｇ和ｓｉ的原子比接近２：１，进一步证明该化合物为Ｍ９２Ｓｉ。
ａ）ＳＥＭｂ）ＥＤｓ图３－４Ｍ｝６Ａｌ－ｌＺｎ．０．６ｓｉ中第一二相的ＳＥＭ形貌和ＥＤＳ能谱Ｆｉｇ．３—４ｓＥＭｍｏｑｐｈｏｌｏｇｙａⅡｄＥＤｓｓｐｅｃｔｎｌｍｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｍｅＭｇ一６ｍ一１ｚ１１－０．６Ｓｉ表３—１Ｍｇ－Ｓｉ相的成分分析Ｔａｌ．３—１ＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａⅡａｌｙｓｉｓｏｆＭｇ－Ｓｉｐｈａ驼ＭｇｚＳｉ的成核需要很大的浓度起伏条件，假设Ｓｉ元素在溶液中均匀分布，ｓｉ的浓度需要从ｌ％增加至Ｕ３６．８％，Ｍ９２ｓｉ的长大需要从熔液中扩散更多的的Ｓｉ原子。
铝合金中各元素对铸造与铸件的影响
铝合金当中各项元素及微量元素对铸造性能和铸件性能有什么影响？以下对几个主要元素略作说明：硅(Si)硅(Si)是改善流动性能的主要成份。
从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。
但结晶析出的硅(Si)易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。
另外，硅(Si)可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低。
铜(Cu)在铝合金中固溶进铜(Cu)，机械性能可以提高，切削性变好。
不过，耐蚀性降低，容易发生热间裂痕。
作为杂质的铜(Cu)也是这样。
镁(Mg)铝镁合金的耐蚀性最好，因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金，它的凝固范围很大，所以有热脆性，铸件易产生裂纹，难以铸造。
作为杂质的镁(Mg)，在AL-Cu-Si这种材料中，Mg2Si会使铸件变脆，所以一般标准在0.3%以内。
铁(Fe)杂质的铁(Fe)会生成FeAl3的针状结晶，由于压铸是急冷，所以析出的晶体很细，不能说是有害成份。
含量低于0.7 %则有不易脱模的现象，所以含铁(Fe)0.8~ 1.0 %反而好压铸。
含有大量的铁(Fe)，会生成金属化合物，形成硬点。
并且含铁(Fe)量过1.2 %时，降低合金流动性，损害铸件的品质，缩短压铸设备中金属组件的寿命。
镍(Ni)和铜(Cu)一样，有增加抗拉强度和硬度的倾向，对耐蚀性影响很大。
想要改善高温强度耐热性，有时就加入镍(Ni)，但在耐蚀性及热导性方面有降低的影响。
锰(Mn)能改善含铜(Cu)，含硅(Si)合金的高温强度。
若超过一定限度，易生成Al-Si-Fe- Mn四元化合物，容易形成硬点以及降低导热性。
锰(Mn)能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒。
再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。
MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe)，形成(Fe，Mn)Al6减小铁的有害影响。
锰(Mn)是铝合金的重要元素，可以单独加入Al-Mn二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰(Mn)。
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钙在铸造镁合金中的作用
刘生发1,范晓明1,王仲范2
(11武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070;21武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070)摘要:钙加入到镁合金中可以提高其在空气中的着火点,含钙2%~5%的镁合金的着火点接近750e ,在通常的熔炼温度范围内不发生燃烧;少量的钙加入到镁合金中可细化镁合金的铸造组织,并提高其力学性能;此外,适量的钙在镁合金中形成热稳定性很高的第二相,显著提高镁合金的高温强度及蠕变性能,成为重要的汽车用低成本高温抗蠕变镁合金。
关键词:铸造镁合金;钙;着火点;组织细化;蠕变性能
中图分类号:T G146.2+2;TG292 文献标识码:A 文章编号:1001-4977(2003)04-0246-03
The Role of Calcium in Cast Magnesium and Magnesium Alloys
LIU Sheng -fa 1,FAN Xiao -m ing 1,WAN G Zhong -fan 2
(11School of Material Scien ces an d E ngin eering,Wu han U n iversity of T echn ology,W uh an 430070,H ubei,C hina;21School of Au tom otive E ngin eering ,Wu han U n iversity of T echn ology,Wuh an 430070,H u bei,C hin a)Abstract:The additionCa to Mg alloys significantly raised the ignition point of the m olten alloys inair,the ignition point of the molten Mg alloys containing 2%~5%Ca is about 750e ,the ignition and bu rnin g of molten Mg alloys are suppressed by Ca bearin g stable oxide film.A small m oun t of Ca addition to Mg a -l loys results instru ctu ral refinem ent and m echanical properties increase.Moreover,the Mg alloys contain -ing Ca offer a thermally stable second phase,Al 2Ca/Mg 2C a,su ppressing the formation of the low melting point eutectic phase Mg 17Al 12at the grain boundaries,and markedly improvin g elevated temperature strength an d creep property,which become a promising low -cost Mg alloy for au tomobile industry.Keywords:cast magnesium alloy;calcium;ignition point;structural refinem ent;creep
property
#246# 铸造FOU ND RY Vol 152 N o 14Apr.2003
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247#铸造刘生发等:钙在铸造镁合金中的作用
#248# Apr.2003FOUN DR Y Vol 152 N o 14。