镁合金简介

镁合金的特点

在纯镁中加入某些有用的合金元素可获得不同的镁砂合金，它们不仅具有镁的各种特性，而且能大大改善镁的物理、化学和力学性能，扩大其应用领域。目前，已开发出几十种不同性能的镁合金，形成了镁合金体系。

大多数镁合金具有以下特点：

（1）镁合金的密度比纯镁（1.738g·cm-3）稍高，为1.74-1.85g·cm-3，比铝合金低36%，比锌合金低73%，仅为钢铁的1/4，因而其比强度、比刚度很高。镁合金是目前世界上最轻的结构材料，采用镁合金制作零部件，可减轻结构重量，降低能源消耗，减少污染物排放，增大运输机械的载重量和速度，是航空航天和交通运输工具轻量化的良好材料。

（2）镁合金的比弹性模量与高强度铝合金、合金钢大致相同，用镁合金制造刚性好的整体构件，十分有利。镁合金的焊接性能和抗疲劳性能也不错。

（3）镁合金弹性模量较低，当受外力作用时应力分布更为均匀，避免过高的应力集中。

（4）镁合金有高的振动阻尼容量，即高的减振性、低惯性。

（5）镁及其合金在高温和常温下都具有一定的塑性,因此可用压力加工的方法获得各种规格的棒材、管材、型材、锻件、模锻件和板材以及压铸件、冲压件和粉材等。

（6）镁合金具有优良的切削加工性能，其切削速度大大高于其他金属，因其较高的稳定性，铸件的铸造和加工尺寸精度高。

（7）镁在碱性环境下是稳定的，有抗盐雾腐蚀性能。

（8）镁与铁的反应性低，压铸时铸模熔损少，使用寿命长，镁的压铸速度比铝高。

（9）镁在铸造工业方面具有较大的适应性，几乎所有的特种铸造工艺都可以铸造。

与其他合金材料相比，镁合金也存在如下缺点：

（1）镁的化学活性很强，在空气中易氧化，易燃烧，且生成的氧化膜疏松，所以镁合金必须在专门的熔剂覆盖下或保护气氛下熔炼。加工车间和制粉车间要特别注意防火。

（2）抗盐水腐蚀能力差，因此必须进行防腐处理。

（3）同钢铁材料接触时，易产生电化学腐蚀。

（4）杨氏模量、疲劳强度和冲击值等零件设计方面的材料性能比铝低。当代替铝合金制零件时，厚度要增加，有时得不到所期望的轻量效果。

（5）镁合金的铸造性差。凝固时易产生显微气孔，因而降低铸件的力学性能。

（6）镁合金铸件的综合成本比铝合金高，加工件的价格远远高于铝合金。

镁合金分类

镁合金的分类方法很多，各国不尽统一。但总的来说，不外乎根据镁中所含的主要元素（化学成分）、成形工艺（或产品形式）和是否含锆等三种原则来分类。

（一）按合金成分分类

镁合金可分为含铝镁合金和不含铝镁合金两大类。因多数不含铝镁合金都添加锆以细化晶粒组织

（Mg-Mn合金除外）。因此，工业镁合金系列又可分为含锆镁合金和不含锆镁合金两大类。以五个主要合金元素Mn、Al、Zn、Zr和稀土为基础，组成基本镁合金系：Mg-Mn、Mg- Al -Mn、Mg- Al- Zn -Mn、Mg-Zr、Mg- Zn -Zr、Mg- RE –Zr、Mg-Ag- RE –Zr、Mg- Y-RE –Zr。Th也是镁合金中的一种主要合金元素，亦可组成镁合金系：Mg-Th- Zr、Mg-Th- Zn- Zr、Mg-Ag-Th- RE –Zr。但因Th具有放射性，除个别情况外，已很少使用。

（二）根据加工工艺或产品形式分类

工业镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金两大类：

（1）铸造镁合金：

1.普通铸造镁合金：①Mg- Al- Zn、②Mg- Zn –Zr③Mg- Zn-Al, Mg- Zn-Al-Ca(ZAX)④Mg- RE→Mg-RE-Mn

2.压力铸造镁合金：

（1）①Mg- Al- Zn（AZ91）②Mg- Al –Mn(AM50,AM60) ③Mg- Al –Si(AS41,AS21)

④Mg- Al- RE(AE42) ⑤Mg- Al- Ca(AX51)：Mg- Al- Ca-RE(ACM522)和Mg- Zn-Al-Ca

（2）Mg- RE- Zn(MEZ)

2.变形镁合金：

①锻造②挤压：1. Mg- Al- Zn 2. Mg- Zn –Zr 3. Mg- Zn - Mn 4 . Mg- Mn 5. Mg-Li→Mg-Li-Al:

Mg-Li-Al-MM和Mg-Li-Al-Si ③轧制

两者没有严格的区分，铸造镁合金AZ91、AM20、AM50、AM60、AE42等也可以作为变形镁合金。

铸造镁合金

镁合金铸造有多种方法，包括重力铸造和压力铸造，可细分为砂型铸造、永久模铸造、半永久模铸造、熔模铸造、挤压铸造、低压铸造和高压铸造等。通常所说的压铸是指高压铸造，以区分重力铸造和低压铸造。对于具体材料，应根据其化学成分、工艺要求来选择合适的铸造方法。合金成分和铸造工艺对重要的影响。合金元素，尤其是稀土元素RE引起中间相结构的复杂变化，对镁合金的组织和性能产生很大的影响。

铸造镁合金可分为普通铸造（砂型铸造、永久模铸造）镁合金和压力铸造（压铸）镁合金。常见的普通铸造镁合金有：Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr、Mg-Zn-Al（Mg-Zn-Al-Ca）、Mg-RE-Mn等系合金；常见的压铸镁合金有：Mg-Al-Zn Mg-Al-Mn、Mg-Al-Si、Mg-Al-RE、Mg-Al-Ca、Mg-Al-Sr、Mg-RE-Zn等系合金。

镁合金熔炼方法

根据变形镁合金的特点，其熔炼工艺装备大体分两大类：火焰反射炉和坩埚炉。坩埚炉有电坩埚炉和燃料坩埚炉两种。电坩埚炉又分工频坩埚炉和电阻坩埚炉两种。

在国外基本上是用5-12t火焰炉，或用坩埚炉熔制变形镁合金。国内既使用大型火焰反射炉，也采用工频坩埚炉。坩埚炉更有利于提高金属质量和改善生产条件。

镁合金熔铸技术特点

（1）镁的化学活性很强烈，在熔态下，极易和氧、氮气及水气发生化学作用。在熔体表面如不严加保护，接近800℃时就很快氧化燃烧。为减少烧损、生产安全以及保证金属质量，在整个熔铸过程中，熔体始终需用熔剂加以保护，避免与炉气和空气中的氧、氮及水气接触。因此，给工艺带来了许多问题，如大量熔盐给产品质量、人身健康和安全生产带来不少麻烦。

（2）除少数组元（元素），如Cd、Zn、Al、Ag、Li等外，其他组元在镁中的溶解度都非常小；此外，在难熔组元间又易形成高熔点化合物而沉析，因此在工艺上加入很困难。由于铁难溶于镁中，故在镁合金的熔铸过程中，可使用不加任何涂层的铁制工具。

（3）在有些镁合金铸锭中，易于发生局部晶粒大小悬殊现象。同时晶粒尺寸较大，晶粒形状易于出现柱状晶和扇形晶，严重影响压力加工性能和制品的力学性能。因此，对不同合金要采取相应的变质处理方法来细化晶粒，并适当改变晶粒形状。由于镁合金晶粒粗化倾向较大，对镁合金铸锭晶粒的尺寸大小和形状原则上不作严格要求。

（4）镁合金的氧化夹杂、熔剂夹渣和气体溶解度远比铝合金多。因此，需要进行净化处理。目前，在我国多采用熔剂精炼法，有些国家也采用气体精炼法，并研发了一些新的净化技术。镁合金的净化剂都是沉降型的，这点不同于铝合金和其他有色金属，这就给工艺和制品质量带来许多麻烦。因此，在净化后需要有充分的静置时间。在炉底还需另设排渣口，扒底渣的工序亦不容忽视。在整个熔铸过程中，需要使用大量的熔剂，同时外加大量的化工材料（加入组元和变质处理用），它们的质量好坏，直接影响合金质量，为此，对熔剂和熔盐应有严格要求。