第十六章 铸造镁合金及其熔炼
铸造镁合金熔炼
无芯工频感应电炉
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05
成分均匀，且有精炼作用。
ZM5镁合金的熔炼工艺
准备坩埚
准备炉料
预热坩埚
ZM5镁合金的熔炼工艺（续）
4.熔化熔剂
在另一坩埚炉中熔化RJ-1熔剂或光卤石，保温在750～800℃范围内。浇包及熔化工具进入镁液前应先在此熔剂中洗涤，充分预热，彻底去除所吸附的水分和粘附的氧化渣。
5.加中间合金
炉料熔化后，在700～730℃加入预热的Al-Mn和Al-Be中间合金，待其熔化后加入纯锌。
ZM5镁合金的熔炼工艺（续）
精炼
孕育处理
二次精炼
贰
壹
叁
含锆镁合金的熔炼工艺概述
在含锆镁合金熔炼中，加锆工艺是生产中影响质量的关键问题。镁合金中加锆存在下列各种困难： 锆的熔点高，密度大； 锆的化学活性强，锆在高温下易和大气或炉气中的气体反应，形成的化合物也不溶于镁液中，使锆的损耗增加； 许多元素阻碍增加锆，锆能和镁液中的许多元素等形成化合物，它们不溶于镁液中，沉淀在坩埚底部，MgO也会使镁液中的锆析出沉淀，这些都降低了合金液中的含锆量。
镁与其它物质间的反应（续）
镁与其它物质间的反应（续）
硼酸(H3BO3)受热后即脱水变成硼酐(B2O3)，B2O3遇镁液及其表面上生成的MgO即发生下列反应：
01
镁与硼酸
03
还原出的硼即与镁液反应生成致密的Mg3B2膜，后一反应中生成的MgO•B2O3也能在镁液表面上形成严密的釉质保护膜。
B2O3+MgO ＝ MgO•B2O3
铸镁合金的除气
铸造合金及其熔炼复习重点
第一篇铸铁及其熔炼1、按石墨形态的不同，铸铁分为灰口铸铁；球墨铸铁；蠕墨铸铁。
2、在Fe-G-Si相图中，硅的作用（1）共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少；（2）共晶转变和共析转变出现三相共存区；（3）改变共晶转变温度范围；提高共析转变温度；（4）减小奥氏体区域。
3、只考虑Si、P等元素对共晶点实际碳量影响的计算公式为CE=C+1/3（Si+P）；4、亚共晶铸铁凝固特点：凝固过程中，共晶体不是在初析树枝晶上以延续的方式在结晶前沿形核并长大，而是在初析奥氏体晶体附近的枝晶间、具有共晶成分的液体中单独由石墨形核开始；石墨作为领先相与共晶奥氏体共生生长；5、过共晶铸铁的凝固特点：凝固过程则由析出初析石墨开始，到达共晶温度时，共晶石墨在初析石墨上析出，共晶石墨与初析石墨相连。
6、石墨的晶体结构是六方晶体。
7、如图所示，形成片状石墨的晶体生长是Ａ向占优，而球状石墨是Ｃ向生长占优，8、F、C型石墨属于过共晶成分铸铁中形成的石墨Ａ型Ｂ型Ｄ型Ｆ型9、球状石墨形成的两个必要条件：铁液凝固时必须有较大的过冷度；铁液与石墨间较大的表面张力。
10、球墨铸铁的球状石墨的长大包括两个过程：石墨球在熔体中直接析出并长大；形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下长大。
11、由于球状石墨的生长是在共晶成分下形成的石墨和奥氏体分离长大，因此其共晶过程又称之为离异共晶；12、灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成，基体的主要形式有珠光体、铁素体、珠光体加铁素体。
13、普通铸铁中除铁以外，五大基本元素包括碳、硅、锰、硫、磷，其中碳、硅是最基本的成分，磷、硫是杂质元素，因此加以限制。
14、在铁碳双重相图中，稳定系和亚稳定系的共晶反应温度差别形成了共晶温度间隔，对于Ni、Si、Cr、S这四种元素来说，促进合金液在冷却过程中按稳定系转变的元素有Ni、Si，按亚稳定系转变的元素有Cr、S。
15、Cr元素在铸铁中的作用:(1)反石墨化元素,珠光体稳定元素;(2)Cr是缩小γ区元素;(3) 在含量超过2%易形成白口组织,(4) Cr含量在10%~30%,形成高碳化合物以及在铸件表面形成氧化膜，从而用作耐磨、耐热零件。
镁合金性能与熔炼的探究
镁合金性能与熔炼的探究【摘要】：介绍了镁合金的分类和组织与性质特点，并介绍了镁合金的主要熔炼方法。
熔炼设备，熔剂及气体保护熔炼技术，保护性气体有SF6、CO2、SO2 、N2等或它们的混合气体，SF6 和CO2是有害气体科学家研究用氩气替代SF6和CO2作为镁合金熔炼保护气体。
【关键词】：镁合金；性能；熔炼引言20世纪80年代初期，北美汽车制造企业为了达到平均燃油标准（CAFE），都努力降低汽车自重，以减少燃油消耗。
镁合金由于密度小、压铸性能好被认为是降低汽车自重的首选合金，各国都加紧进行镁合金生产及应用研究，镁合金工业因而进入飞速发展阶段。
1 镁合金的组织性能与分类1.1镁合金的分类常用镁合金共有四大系列⑴Mg-Al-Si(AS)系列：AS系列具有较好的抗蠕变性，强度高，塑性、韧性好，但充型性能较差，常用于制造工作温度较高的发动机零件，如发动机曲轴等。
⑵Mg-Al-Zn(AZ)系列：AZ系列具有均衡的力学性能和铸造性能，屈服强度高并具有一定的耐盐雾腐蚀能力，适合制造形状复杂的薄壁压铸件，如阀套、离合器壳体等。
⑶Mg-Al-Mn(AM)系列：AM系列具有优异的韧性和塑性，适合制造受冲击的零部件，如汽车轮毂等。
⑷Mg-Al-RE(AE)系列：AE系列具有比AS系列更好的抗蠕变性，但易粘模，压铸性能较差，并且稀土成本高，该合金暂时应用范围较小。
1.2镁合金的组织与性能特点镁合金在共晶温度时，具有α相单相组织，而在常温下具有α+β（Mg2Al3）组织。
镁在α相中有一定的溶解度，而且镁原子半径与铝原子半径相差很大，故能产生很强的固溶强化作用。
α与β两相是以离异共晶形态存在，在铸态组织中β相以网状呈现在α相的晶界处，会降低合金的强度和塑性。
采取固溶化及淬火处理，消除β相，能提高其机械性能。
镁合金不具有时效强化作用，不易进行强化处理。
虽然镁在α相中溶解度随温度下降而降低，但由于镁原子在铝中容易扩散和聚集，即使在常温下也会发生自然时效过程，析出β相。
第十六章 铸造镁合金及其熔炼PPT课件
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纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元
素，制成镁合金。
Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr
系 和Mg-RE-Zr系等合金系。
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机舱隔框、增压机匣等高载荷零件
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形状简单受力不大的耐蚀零件
20
飞机蒙皮、壁板及耐蚀零件
7
形状复杂的锻件和模锻件
9
室温下承受大载荷的零件，如机翼等
2.3 镁合金－分类、牌号
铸造镁合金：ZM＋顺序号表示。 ZM1、ZM2、ZM7、ZM8： Mg-Al-Zn 系 ZM5： Mg-Zn-Zr系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热性 较差，主要用于制造150℃以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载 荷的结构件或壳体。
650
40
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-
化学活性高：
潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中均会引起剧烈 的腐蚀。
干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、汽 油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。
室温下，镁表面与大气中氧作用，形成氧化镁薄膜，但薄膜较脆，也不像 氧化铝薄膜那样致密，故其耐蚀性很差。
金属还原剂：如稀土合金、钛等到。 镁牺牲阳极保护阴极：防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运
行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。石 油管道、天燃气、煤气管道和储罐；港口、船舶、海底管线、钻井平台；机 场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加 油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。
镁合金的熔炼铸造与焊接技术研究
镁合金的熔炼铸造与焊接技术研究摘要：科技的发展，促进工业建设事业的快速发展。
穷，产量直线上升，具有非常广阔的应用前景。
在应用镁合金过程中，存在的一定的限制性，在进行熔炼和加工时，容易出现氧化燃烧的问题，造成生产镁合金具有一定难度。
为了能够使得上述问题得到有效解决，应该关注镁合金的熔炼技术，主要涉及到溶剂保护以及熔炼过程，大都是采用SF6为代表的气体保护熔炼，这里主要结合实际，探讨了进行熔炼技术的几个方面工作，希望对于今后的于镁合金熔炼发展具有一定帮助。
本文就镁合金的熔炼铸造与焊接技术展开探讨。
关键词：镁合金；熔炼铸造；焊接技术引言镁合金在航空、军事、民用器械等制造加工领域应用越来越普及，如航空航天的飞机变速箱、天蓬框架、发动机箱体，以及人们体育运动使用的网球拍、办公使用的打印机滚筒、核电站使用的核燃料零件箱等，都广泛使用了镁合金结构材料。
目前，镁合金已经成为除钢铁、铝合金之外的第三大金属结构材料。
1镁合金的熔炼与保护技术1.1溶剂保护熔剂保护熔炼的方法是镁合金熔炼之前先在坩埚底部放置少量熔剂（约占炉料重量的1%），将其预热至暗红色。
在熔体静置和浇铸过程中，再在熔体表面熔剂轻轻地洒上溶剂。
溶剂应在300℃左右烘箱中烘烤2h以上，以保证溶剂干燥。
溶剂的加入量应在保证镁合金液不发生燃烧和氧化的前提下尽量少，以保证熔体质量。
常用的溶剂主要为卤盐混合物，该方法的缺点主要在于：溶剂高温下会发出HCl、Cl2等有害气体，同时浇铸不当会导致溶剂残留于合金液中形成溶剂夹杂降低铸件性能。
1.2气体保护熔炼针对镁合金液表面进行处理，将相应的惰性气体，或者能够和镁生成致密氧化膜的气体涂抹在表面，这样就能够实现隔离空气中的氧气，当前，常用的保护气体主要包括CO2、SO2、Ar、SF6等。
其中，对于SF6气体来说，其具有无毒、无味、无色等物理性质，能够在镁合金液面生成MgF的致密氧化膜，有效防止接触到氧气而进一步氧化，一般情况下，则是将CO2、干燥空气、SF6混合使用，这种工艺已经非常成熟，应该在应用过程中，注意相应的SF6的保护效果、气体消耗量相关影响因素。
镁合金的熔炼与精炼
如氧化物、氮化物等，需控制夹杂物的数量和分 布，以保证镁合金的质量。
熔炼工艺与技术
01
熔炼前的准备
清理炉膛、准备工具和原料，确 保熔炼前的准备工作充分。
03
搅拌与混合
在熔炼过程中进行搅拌和混合， 促进成分均匀分布，减少偏析现
象。
02
熔炼温度与时间
根据镁合金的种类和成分，控制 适当的熔炼温度和时间，以保证
镁合金的熔炼与精炼
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
汇报人：可编辑
2024-01-06
目录CONTENTS
• 镁合金简介 • 镁合金的熔炼 • 镁合金的精炼 • 镁合金的铸造与加工 • 镁合金的回收与再生
01
镁合金简介
镁合金的特点
低密度
镁合金的密度低于钢和铝合金，具有轻量化 优势。
现经济、社会和环境的协调发展。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
01
02
03
喷涂
在镁合金表面喷涂防腐漆 或金属涂层，以提高耐腐 蚀性能。
电镀
在镁合金表面电镀一层金 属，以提高耐腐蚀性和导 电性。
阳极氧化
通过电解方法使镁合金表 面形成一层氧化膜，以提 高耐腐蚀性和美观度。
01
镁合金的回收与再 生
回收方式与技术
机械回收
将废旧镁合金进行破碎、筛选，再通过熔炼和重铸的方式进行回 收。
精炼原料与配料
镁合金
主要原料，根据需要选择不同成分的镁合金 。
精炼剂
用于去除熔液中的杂质，如氧化物、硫化物 等。
合金元素
为了调整镁合金的性能，可添加适量的合金 元素。
镁合金的冶炼和铸造
目录
• 镁合金应用举例 • 冶金基础知识 • 镁的冶炼 • 粗镁精炼 • 镁合金的铸造
镁合金应用举例
单兵作战系统(OICW)
• 美国研制中的新式单 兵作战系统(OICW) , 功能齐全,很多零件采 用了镁合金,重量仅 8.172kg ,但军方仍希 望进一步减重1. 8kg 以上。
• 美军方计划采购2－4 万枝新枪，单价为 0．8－1万美元。
冶金基础知识
为什么要吹气？
（高炉）Blast furnace
为什么要吹气？
1、加速炭的燃烧，提高炉内温度。 2、产生CO气体，促成（气相+固相）还原 反应。
3如Fe2果O3+要CO用=2高Fe3炉O4+冶CO炼2 镁， Fe在3O4降+CO低=3炉FeO温+ 的CO同2 时。 需要Fe找O+C到O合=Fe适+C的O2 还原性气体。
法国FA--MAS突击步枪反坦克枪榴弹 应用了镁合金,全弹质量仅800g
美国空军战略轰炸机—B52
• 上个世纪50年代，镁合 金都一直用在飞机的主 要结构件上。庞然大 物—B52 则更是代表了 当时镁应用的颠峰，，B 轰炸机的机身部分就使 用了镁合金板材635公斤， 挤压件90公斤，铸件超 过200公斤 .
上面的反应式中，CO的与氧的亲和能力最强， 可以还原Fe的氧化物。
氧势图
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
●熔盐电解法
1830年英国科学家M.法拉第首先用熔盐氯化法制得了纯 镁；1852年P.本生在实验室范围内对此法进行了详细的研 究；到1886年在德国开始了镁德工业生产；1909年开始， 电解氯化镁成为了工业生产镁的第一大方法。
《铸造合金及其熔炼》河南科大版
3.
铸造有色合金 ① 铝合金：日常生活中。
② 铜合金：较好的力学性能和切削加工性，主要用于大型铜合金铸 件，如螺旋桨等；用于工艺美术品方面。 ③ 钛合金：高的比强度和好的耐蚀性，主要用于航空航天、船舶、 化工等领域。
School of Materials Science and Engineering
二.铸造合金材料的分类、特性及应用
1. 铸铁
① 白口铸铁：较高的硬度及脆性。不能承受冷加工，也不能承受热 加工，只能直接用于铸造状态。
② 灰口铸铁：具有良好的导热性、减震性、减摩性和低的缺口敏感 性，较易熔炼，因此在机械行业中应用广泛。 ③ 球墨铸铁：负荷较大的机器零件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴等。 根据基体不同又可分为： a. 铁素体球墨铸铁：韧性较高，变形能力较强，主要用于制造管类 零件； b. 珠光体球墨铸铁：高强度，用于齿轮的生产； c. 贝氏体球墨铸铁：高的强度、硬度和耐磨性，用于曲轴类零件的 生产；
⑤ 可锻铸铁：可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小， 因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行 锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样，其中黑心可锻 铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度，硬度 和耐磨性 。 ⑥ 特种性能铸铁：服役过程中能满足特殊使用性能的铸铁。 a. 耐磨铸铁； b. 耐热铸铁； c. 耐腐蚀铸铁。
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d. 奥-贝球墨铸铁：高强度和韧性，适用于制造要求同时具备耐磨及 耐冲击疲劳性能的铸件，如汽车差速器的大伞齿轮。 ④ 蠕墨铸铁：较高的强度，良好的导热性及耐热疲劳性能。按基体 可分为珠光体蠕墨铸铁和铁素体蠕墨铸铁，主要用于生 产刹车鼓铸件及 发动机进排气管铸件。
铸造镁合金的熔炼技术
铸造镁合金的熔炼技术1、铸造镁合金液的阻燃技术1.1 熔剂保护法利用低熔点的化合物在较低的温度下熔化成液态，在镁合金液面铺开，因阻止镁液与空气接触从而起到保护作用。
现在普遍使用的熔剂由无水光卤石(MgCI2—KC)为主，添加一些氟化物、氯化物组成。
该剂使用较方便，生产成本低，保护使用效果好，适合于中小企业的生产特点。
但是，该剂使用前要重新脱水，使用时会释放出呛人的气味。
由于熔剂的密度较大会逐渐下沉，需要不断添加。
使用过程中释放出大量有害气体，污染环境、腐蚀厂房严重。
因此，研究新型的覆盖、精炼效果好且无公害的镁合金熔剂是一项重要课题。
1.2气体保护法气体保护法是在镁合金液的表面覆盖一层惰性气体或者能与镁反应生成致密氧化膜的气体，从而隔绝空气中的氧，采用的主要保护气体是SF6、S02、CO2、Ar、N2等。
为了进一步提高保护作用和减少较贵的SF6气体的用量，国外一般在SF6气体中混合空气或其他干燥气体如CO：混合气体保护效果好，但是存在以下问题：1)污染环境，SF6会产生S02、SF4等有毒气体，SF6对全球变的作用是CO2的24900倍；2)设备复杂，需要复杂的混气装置和密封装置；3)腐蚀设备，显著降低坩埚使用寿命。
1.3 合金化法过去人们采用在镁合金中添加铍元素来提高镁合金的阻燃性能，但铍的毒性较大，且加入量过高会引起晶粒粗化和增加热裂倾向，因此受到添加量的限制。
日本学者研究认为，添加一定量的钙能明显提高镁合金的着火点温度，但是存在着加入量过高，且严重恶化镁合金的力学性能。
同时加入钙和锆具有阻燃效果。
国内研究认为，在镁合金AZ91D中加入稀土铈可有效提高镁合金的起燃温度。
2、镁合金熔体的变质处理技术镁合金熔炼变质的目的是改变镁合金的组织形态，该工艺对合金的晶粒大小和力学性能有较大的影响，且对镁液中的氧化夹杂亦有一定影响。
研究表明，对于不含Al的镁合金，采用锆进行变质处理具有很好的晶粒细化效果，作用原理是Zr发生包晶反应，促进晶粒细化。
现代铸造镁合金及其熔炼技术
现代铸造镁合金及其熔炼技术1 镁及其合金的应用目前，在世界范围内得到开发和应用的材料中，镁及其合金材料因具有密度小及可回收利用等多方面的优点而格外引人注目。
与地球地壳中其他金属元素的含量相比，镁元素在地球地壳中的含量仅在铝、铁之后，位居第三，约占地壳质量的2.7％。
同时，占地球表面积70％的海洋也是一个天然的镁资源宝库，据预算，每立方米海水中约含有1.3Kg的镁，仅死海一处的镁，若能得到全部的开发，就可供人类使用22000年。
此外，镁合金作为最轻质商用金属工程材料，因其具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减振降燥能力强、液态成型性能优越、能屏蔽电磁辐射和易于回收利用等一系列符合“21世纪绿色结构材料”的特征，使其特别适合在汽车、摩托车等交通工具和计算机、通讯、仪器仪表、家电、轻工、军事等领域的应用。
也正是看到镁及其合金材料表现出的这些优异特性和其具有的潜在价值，所以自1808年金属镁被发现后，人们就从未停止过镁的开发和应用，只不过在最初的一百多年里，由于镁价格和技术两大瓶颈问题，加之铝的使用而推迟了镁的广泛应用。
但20世纪80年代以来，随着两大瓶颈问题的突破，镁及其合金材料的开发应用呈现高速增长态势。
截止2000年，世界镁的产量就已达42万～64万吨/年（含再生镁），而镁合金在汽车等运载机械上的应用也以每年15％的速度快速增长，远远高于其他金属材料，可以说这在近代工程技术材料的应用中是前所未有的。
因此，大力进行镁及其合金材料的开发和应用对于现实人类的可持续发展必将产生重要而深远的影响。
中国是世界上镁资源最丰富的国家，菱镁矿探明储量约占世界的1/4，具有发展镁产业的先天性基础条件。
此外，中国不但是一个摩托车生产、消费和出口大国，也是一个潜在的汽车生产和消费大国，镁及镁合金产品的市场应用前景广阔。
但目前中国镁及镁合金产业的发展与国外相比还存在较大的差距，资源优势没有很好地转化为技术优势和经济优势。
因此，大力发展镁及镁合金产业对于中国的可持续发展将具有非常重要的战略意义。
提高铸造镁合金的熔炼和浇注工艺
提高铸造镁合金的熔炼和浇注工艺属于铸造合金有镁硅合金，ZM5，ZM10。
在耐蚀性方面，除去镁硅合金以外，在自然大气中的耐蚀性彼此没有明显的差别，镁硅合金的耐蚀性最低。
在百分之零点五的氯化钠溶液中ZM10的耐蚀性最差。
ZM3合金和高强度ZM12合金在室温大气中的耐蚀性比广泛采用ZM5合金要好。
由于镁合金的多相性，其腐蚀多为局部腐蚀且腐蚀很深。
属于镁铝锌锰系铸造合金的有：ZM5，ZM10。
工业上应用最广的是ZM5合金。
在工业大气中两种合金的耐蚀性差别不大。
随着合金中铅含量的增加耐蚀性稍许降低。
在氯化钠溶液中ZM10h合金耐蚀性最差。
淬火时效时间延长，ZM5合金的耐蚀性提高。
通常，淬火合金耐蚀性不如铸造的合金好。
由于本系合金存在大量金属间化合物，对于铬酸盐转化膜生产非常不利，往往不能生产完整的保护膜。
该系合金铸造的时候比较容易产生偏析，铝的富集区铅含量可以达到百分之二十五，而基体内仅含百分之九的铝。
当用化学方法消除铝的偏析后就会生产均质的绿色铬酸盐转化膜。
但是，因为铅富集区的耐蚀性没有降低，没有必要进行酸洗处理。
但是它对油漆的附着性有不利影响，在涂漆前要仔细用汽油清洗。
降低镍、铁、铜等杂质的含量，可以从根本上改善镁铝锌锰系合金在氢去极化介质中的耐蚀性。
随着合金中铝含量的增加，在百分之零点五的氯化钠溶液中，铁对耐蚀性的有害作用增大。
在大气条件下，铁的有害作用就非常小。
在氯化钠溶液中镁合金的腐蚀速度比大气中的高几十倍，甚至上百倍。
因此镁合金不适宜制作海水中使用的设备或者构建（例如潜水艇的外部零件）。
降低合金中金属杂质主要是改善镁合金在氯化钠溶液中的耐蚀性。
例如，高纯ZM5合金在百分之三的氯化钠溶液中耐蚀性比工业ZM5合金高10~12倍，但是距ZM5合金在大气中的耐蚀性相差比较远。
高纯ZM5合金铸件可以在沿海大气环境中使用。
溶剂夹杂对ZM5合金耐蚀性影响很大，因此要改进熔炼和浇注工艺。
铸造合金及熔炼思考题
第一篇铸造有色合金及其熔炼思考题及参考答案1.基本概念：屈服强度、抗拉强度、固溶强化、时效强化屈服强度就是指金属对起始塑性变形的抗力；抗拉强度是代表最大均匀塑性变形抗力的指标；固溶强化是指形成固溶体使合金强化的方法；时效强化是指通过热处理利用合金的相变产生第二相微粒，造成的强化。
2.金属材料的强化机制主要有哪些，对强度和塑性有什么影响？晶界强化、固溶强化、分散强化、形变强化、复合强化。
形变强化与粒子强化在强度提高时，塑性会显著降低；固溶强化在强度提高时塑性还能保持较好的水平；晶界强化时，细化晶粒提高强度也改善塑性。
3.铸造合金的使用性能有哪些？机械性能、物理性能和化学性能4.铸造合金的工艺性能有哪些？铸造性能、熔炼性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能5.基本概念：变质处理、机械性能的壁厚效应所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变合金的结晶组织，从而改善合金机械性能。
这种随铸件壁厚增加而使机械性能下降的现象，称为机械性能的壁厚效应。
6.铝硅合金进行变质处理的原因及方法？原因：铝硅合金中的硅相在自发非控制生长条件下会长成粗大的片状，这种形态的脆性相严重割裂基体，大大降低合金的强度和塑性，为了改变这种状况，必须进行变质处理。
方法：生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混合物来进行变质处理，加入微量的纯钠也有同样效果。
7.镁、铜、铁和锰对铝硅合金组织和性能的影响？1）镁：少量的镁，即能大大提高抗拉和屈服强度，随着镁量增加，强化效果不断增大，强度急剧上升，而塑性下降；2）铜：使铝硅合金强度显著增加，但伸长率下降，提高合金的热强性；3）铁：恶化了合金的机械性能，特别是塑性，同时降低了合金的抗蚀性；4）锰：在Al-Si合金中加入锰，可大大降低Fe的危害。
8.Al-Si类活塞合金多为共晶及过共晶合金的原因？活塞材料要求具有高的热强性和耐磨性，低的线膨胀系数和密度。
共晶及过共晶合金铝硅合金中含有大量共晶和初生硅硅，可以保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。
铸造镁合金
铸造镁合金一、前言铸造镁合金是一种广泛应用于航空、汽车等领域的轻质高强材料，其具有优良的力学性能和耐腐蚀性能。
本文将从铸造镁合金的材料特性、制备工艺、应用领域等方面进行详细介绍。
二、铸造镁合金的材料特性1. 轻质高强铸造镁合金具有极低的密度和高强度，其密度仅为铝的2/3，钢的1/4，但其比强度却超过了许多传统材料。
这使得铸造镁合金成为制造轻量化零部件的理想选择。
2. 良好的耐腐蚀性能由于镁本身就具有良好的耐腐蚀性能，在制备过程中添加适量的稀土元素可以进一步提高其耐腐蚀性能。
因此，铸造镁合金在汽车、航空等领域中被广泛应用。
3. 优异的机械性能铸造镁合金具有优异的机械性能，如高比强度、高刚度和良好的抗拉伸性能。
这些性能使得铸造镁合金在制造高强度零部件时具有很大的优势。
三、铸造镁合金的制备工艺1. 原料准备铸造镁合金的原料主要包括镁、稀土元素和其他添加剂。
其中，稀土元素是一种重要的添加剂，可以提高铸造镁合金的力学性能和耐腐蚀性能。
2. 熔炼将原料放入熔炉中进行熔炼，通过恰当的温度控制和搅拌来保证原料充分混合。
在熔炼过程中，需要注意控制氧化物和杂质的含量，以保证最终产品的质量。
3. 铸造将熔融的铸造镁合金倒入预先准备好的铸型中进行冷却。
在冷却过程中，需要注意控制温度和冷却速率，以避免产生缺陷或变形等问题。
4. 后处理对于已经完成铸造的铸造镁合金件，在后处理过程中需要进行去毛刺、修整、表面处理等工艺，以达到最终要求。
四、应用领域1. 航空航天领域铸造镁合金在航空航天领域中被广泛应用，如制造飞机发动机零部件、导弹外壳等。
2. 汽车工业汽车工业是铸造镁合金的主要应用领域之一。
铸造镁合金可以用于制造汽车引擎、变速箱、底盘等零部件，具有轻量化和节能的优势。
3. 电子行业铸造镁合金还可以用于制造电子产品，如笔记本电脑外壳、手机外壳等。
其轻量化的特性使得电子产品更加便携和易于携带。
五、结语总之，铸造镁合金是一种具有广泛应用前景的材料。
铸造镁合金熔炼
汽车工业
汽车工业对轻量化材料的需求越来越 大，镁合金作为一种轻质材料，在汽 车领域的应用前景广阔。
THANKS
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在加热过程中，应确保炉温均 匀，避免局部过热，以防止镁 合金在熔化前就发生氧化燃烧。
熔化后的镁合金应保持液态稳 定，以便进行后续的精炼和除 气处理。
镁合金的精炼与除气
为了去除镁合金中的杂质和气体，需要 进行精炼和除气处理。常用的精炼剂包
括氯化物、氟化物和氯氟化物等。
在精炼过程中，应控制精炼剂的加入量 和加入速度，以避免产生大量烟雾和溅 出。同时，应保持熔液的搅拌，以便使
熔炼设备的选择与准备
01
02
03
熔炼炉
根据生产需求选择合适的 熔炼炉，如坩埚式、感应 式等，并确保其完好无损。
炉衬材料
选用合适的耐火材料作为 炉衬，以承受高温和化学 侵蚀，延长熔炼炉的使用 寿命。
设备调试
对熔炼设备进行调试，确 保其正常运行，并符合安 全规范。
安全防护措施的准备
安全操作规程
制定并遵守安全操作规程， 确保操作人员熟悉安全操 作要求。
精炼剂充分混合。
除气是精炼过程中的一个重要环节，可 以通过在熔液中通入惰性气体或加入除 气剂来实现。通入惰性气体可以排出熔 液中的气体，而加入除气剂则可以吸附
熔液中的气体。
镁合金的成分调整与细化组织
根据产品要求，可以对镁合金的成分进行调整，如添加合金 元素、调整元素含量等。成分调整可以提高镁合金的力学性 能和耐腐蚀性。
质量检测与控制
外观检测
对铸造完成的镁合金进行外观检查， 确保表面光滑、无缺陷，尺寸符合要 求。
内部检测
通过X射线、超声波等无损检测方法 对镁合金内部进行检测，以确保无气 孔、夹渣等缺陷。
铸造工程学-铸造合金及熔炼
在铸造过程中，由于合金的收缩特性以及模具结构设计不当等原因，容易导致铸件出现缩孔与缩松缺 陷。这些缺陷会导致铸件局部强度和致密度下降，影响其机械性能和耐腐蚀性。
裂纹与变形
总结词
裂纹与变形是铸造合金冷却和加工过程中常见的问题，会导致铸件报废。
详细描述
在铸造过程中，由于冷却速度过快、模具设计不合理、浇注系统不当等因素，容易导致 铸件出现裂纹与变形缺陷。裂纹会导致铸件强度下降，变形则会使铸件无法满足精度要
熔炼的基本原理
熔炼是指将金属材料加热至熔点以上，使其成为液态，并加入所需的合金元素，通 过搅拌和化学反应等手段，使合金成分均匀混合的过程。
熔炼过程中，金属材料的熔点、密度、粘度等物理性质和化学性质都会发生变化， 这些变化对熔炼过程和产品质量产生重要影响。
熔炼过程中需要控制温度、压力、气氛等工艺参数，以确保合金成分的准确性和均 匀性，以及避免金属氧化、吸气等不良现象。
熔炼温度控制
严格控制熔炼温度，以保 证合金成分的均匀性和避 免烧损。
合金的熔炼与搅拌
通过搅拌和合金化处理， 确保合金成分均匀分布， 提高合金性能。
精炼与除渣
精炼
通过除气、去除非金属夹杂物等手段，提高合金的纯净度。
除渣
去除熔融金属中的熔渣和杂质，以保证铸件的质量和性能。
浇注与冷却
浇注
将熔融金属浇注入铸型中，形成符合要求的铸件。
熔炼技术的创新与改进
真空熔炼技术
利用真空技术进行合金熔炼，可 去除有害气体和杂质，提高合金
的纯净度和质量。
电渣重熔技术
通过电流作用下的熔渣进行二次熔 炼，使金属更加纯净和致密，提高 材料的机械性能。
定向凝固技术
使合金在凝固过程中保持一定的结 晶方向，提高材料的定向性能和机 械强度。
镁合金熔炼原理与工艺
镁合金熔炼原理与工艺1. 镁合金熔液与周围介质的作用1.1 镁与氧的作用镁与氧的亲和力要比铝与氧的亲和力大，通常金属与氧的亲和力可由它们的氧化物生成热和分解压来判断。
氧化物的生成热越大，分解压越小，则与氧的亲和力就越强。
镁与1g原子氧相比和时，放出598J的热，而铝放出531J的热。
镁和铝的另一区别是，没被氧化后表面形成疏松的氧化膜，其致密度系数α=0.79（Al2O3的α=1.28），这种不致密的表面膜，不能阻碍反应物质的通过，使氧化得以不断进行，其氧化动力学曲线呈直线式，而不是抛物线式，可见氧化速率与时间无关，氧化过程完全由反应界面所控制。
镁的氧化与温度关系很密切，温度较低时，镁的氧化速率不大；温度高于500℃，氧化速率加快；当温度超过熔点650℃时，其氧化速率急剧增加，一旦遇氧就会发生激烈的氧化而燃烧，放出大量的热。
反应生成的氧化镁绝热性能很好，使反应界面所产生的热不能及时的向外扩散，进而提高了界面上的温度，这样恶性循环必然会加速镁的氧化，燃烧反应更加剧烈。
反应界面的温度越来越高，甚至可达2850℃，远高于镁的沸点（1107℃）引起镁熔液大量气化，甚至导致发生爆炸。
在金属中添加微量的金属铍（w（Be）=0.002%~0.01%）,可提高镁熔液的抗氧化性能。
由于铍是镁的表面活性元素，富集于镁熔液表面，致使表面含铍量约为合金中含铍量的10倍，并优先氧化，氧化铍的致密度系数α=1.71，故氧化铍充填于氧化镁膜的孔隙中，形成致密的复合氧化膜。
但铍的加入量不易过多，过多会引起晶粒粗化，降低力学性能，并加大热裂倾向。
当温度高于750℃时，铍对镁的抗氧化作用大为降低。
而镁合金的熔炼温度一般均高于750℃，因此用铍防止镁合金氧化仅是一种辅助措施。
1.1.1 镁与水的作用镁无论是固态还是液态均能与水发生反应，其反应方程式见（1-1）和式（1-2）。
在室温下，反应速度缓慢，随着温度升高，反应速度加快，并且Mg（OH）2会分解为水及MgO，高温时只发生式（1-1）的反应。
铸造合金及其熔炼教案
铸造合金及其熔炼教案教案标题：铸造合金及其熔炼教学目标：1. 了解铸造合金的基本概念和应用领域。
2. 掌握铸造合金的熔炼原理和常用熔炼方法。
3. 学习铸造合金的工艺流程和注意事项。
4. 培养学生的实践操作能力和团队合作精神。
教学步骤：引入活动：1. 引导学生思考：你们是否知道铸造合金是什么？它在哪些领域中被广泛应用？2. 展示一些铸造合金的实际应用例子，如汽车发动机零部件、航空航天器件等，激发学生的学习兴趣。
知识讲解：3. 介绍铸造合金的定义和分类，包括铸铁、铸钢、铝合金等。
4. 解释铸造合金的优点和缺点，以及不同合金在不同领域中的应用特点。
5. 详细讲解铸造合金的熔炼原理和常用熔炼方法，如电弧炉、感应炉等。
案例分析：6. 分组讨论：学生分成小组，选择一个具体的铸造合金案例进行分析，包括该合金的成分、熔炼方法和应用领域等。
7. 每个小组向全班展示他们的分析结果，并进行讨论和分享。
实践操作：8. 组织学生进行铸造合金的实践操作，可以是简化的模拟实验或观察真实的铸造过程。
9. 引导学生记录实践操作中的关键步骤和注意事项，并进行反思和总结。
评估与反馈：10. 设计一份针对学生学习情况的评估问卷，了解他们对铸造合金及其熔炼知识的掌握程度。
11. 根据学生的表现和问卷结果，给予针对性的反馈和指导，帮助他们进一步提高。
拓展延伸：12. 鼓励学生进一步探索铸造合金领域的前沿技术和研究方向，如新型合金材料、绿色铸造等。
13. 提供相关的学习资源和阅读材料，引导学生进行个人或小组的拓展研究。
教学资源：- 铸造合金的实际应用例子图片或视频- PowerPoint演示文稿- 实验室或工作室设备和材料- 评估问卷教学方法：- 启发式教学法：通过引导学生思考和讨论，激发他们的学习兴趣和主动性。
- 合作学习法：通过小组讨论和分享，促进学生之间的合作和交流。
- 实践操作：通过实际操作，帮助学生巩固所学知识，培养实践能力。
教学时长：根据教学计划和学生实际情况，可灵活安排教学时长，建议2-3个课时。
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%IACS （Cu=100） 40 64 3.1 18 18 100 -
化学活性高： 潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中均会引起剧 烈的腐蚀。 干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、 汽油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。 室温下，镁表面与大气中氧作用，形成氧化镁薄膜，但薄膜较脆，也不 像氧化铝薄膜那样致密，故其耐蚀性很差。 室温强度低、塑性差： 纯镁单晶体临界切应力为4.8MPa左右，其多晶体的强度和硬度很低，不 能直接用做结构材料。
加工状态 铸态 变形状态 ζb／MPa ζs／MPa E/ GPa ε(％) ψ(％) HBS
11.5 20.0
2.5 9.0
45 45
8 11.5
9 12.5
30 36
物理性能
比重 传热系数
单位 g/cm3 W/m· k
AZ91 1.81 51
AM60 1.79 61
A380 DC 2.74 96
1828年发现的 银白色金属.
元素符号Mg 原子序号12 六方紧密晶 体结构
熔点650度 沸点1107度 比重1.8
储量丰富： 地壳中第六位 海水中第三位 我国青海、山 西、河南、辽 宁等地储量非 常丰富
镁合金压铸 比例快速增 长，主要用 于汽车、电 子、航空等
最早工业生产：1886 年德国，主要用于合 金元素添加、钢铁脱 硫及镁合金压铸
2.3 镁合金－强化方式
时效沉淀强化
镁合金时效硬化效应没有A1合金明显，与其结构变化特点有关。 Mg-Al和Mg—Al—Zn系合金缓冷试样(空冷或油淬)在150一222℃时效，先从晶界 或缺陷部位发生不连续沉淀，不经GP区阶段即直接析出片状平衡相Mg4Al3，沿一定 取向向晶粒内生长。此时，沉淀区的基体浓度和晶格常数已达平衡状态，未发生沉淀 反应的晶粒内部，晶格常数和浓度保持不变。这种片层状不连续反应结构又称珠光体 型沉淀。这种组织中的Mg4Al3相弥散度低，片间距大(200nm)，基体浓度低，无共格 或中共格应力场，故强化效果低。 当不连续沉淀向晶内发展到一定程度后，晶粒内部才能发生连续分解。此时，细 小的片状Mg4Al3 相一边析出和长大，固溶体浓度和晶格常数也发生连续变比，最终 达到与时效温度相适应的平衡状态。这种沉淀的特点是基体浓度和晶格常数是连续变 化的，即连续沉淀。 这两种合金的显微组织，一般是由连续和不连续反应组织组成。但两类组织所占 比例的大小，则由合金的浓度和热处理制度来决定。合金的过饱和度低，固溶体浓度 不均匀(偏折)，时效不足或温度低时，不连续沉淀将占优势，反之，铝浓度高，进行 了充分均匀比处理，淬火速度快，时效温度高，连续沉淀则占主要地位，因为不连续 沉淀是由于沉淀相结构与基体相差较大，沉淀应变能过高，只能从晶界开始逐渐向晶 内发展：如果时效温过高(250℃以上)，原子扩散能力强，不连续沉淀也可能不发生， 只出现连续沉淀。
1.2
34.5
76.5
12
2640 1066 540615 0.05 540595 0.1
2590
120 0
℃
Mg/cm/d
555-615 0.5
机械性能 拉拉强度 屈服强度(拉伸)
单位 MPa MPa
条件 Ambient Ambient
AZ 91D 230 150
AM 60
A380 压铸 合金 320 160 214
铝镁合金潮流 一款来自Q－MAX的USB闪盘
镁合金魅力
Sony PCG-Z1VGP
变形镁合金：MB＋顺序号表示。 MB1、MB8为Mg-Mn系合金：具有良好耐 蚀性和焊接性，使用温度不超过150℃。主 要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构件。 MB2、MB3、MB5、MB6、MB7为Mg-Al－ Zn－Mn系合金：具有好的室温力学性能和 焊接性。主要用于制造飞机舱门、壁板及导 弹蒙皮。 MB15、MB21、MB25为Mg-Zn－Zr系合金： 具有较高拉伸与压缩屈服强度、高温瞬时强 度，及良好的成形和焊接性能，但塑性中等。 主要用于制造飞机长桁、操作系统的摇臂、 支座等。 为保证变形镁合金较高的塑性， Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度 其中合金元素的含量往往比较 小，强度高，塑性、韧性好，焊接性好，缺 低，要求在凝固组织中含有较 口敏感性低，在航空、航天工业中具有良好 少共晶相。 的应用前景。
国2003年钢铁脱硫用镁8000吨，占总消费量的15.62%。使用镁粒脱硫效果比 碳化钙好，虽然镁价格比碳化钙高，但用量为碳化钙的1/6～1/7，镁脱硫比 碳化钙经济。吨钢消耗镁粒0.4～0.5公斤，脱硫后含硫量0.001～0.005%。
金属还原剂：如稀土合金、钛等到。 镁牺牲阳极保护阴极：防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运
பைடு நூலகம்
2.3 镁合金－强化方式
形变硬化、晶粒细化、合金化、热处理、 陶瓷相增强镁合金
合金化强化： 合金元素的类型： 包晶反应类元素： Zr(3.8%)，Mn(3.4%)：细化晶粒、净化合金、提高抗蚀性和耐热性。 共晶反应类元素： Ag(15.5%)，Al(12.7%)，Zn(8.4%)，Li(5.7%)，Th(4.5%)：如Mg－Al－Zn 和Mg－Zn－Zr系合金等。这类元素在Mg中有明显的溶解度变化，可产生明显 的时效硬化效应。 稀土元素(RE）： Y(12.5%)，Nd(3.6%)，La(1.9%)，Ce(0.85%)，Pr(0.5%)，混合RE(以Ce或La 为主)。多属共晶反应型元素，共晶温度比Mg-Al和Mg-Zn高，Mg－RE系的固溶 体和稀土化合物耐热性高，原子扩散速度慢，利于抗蠕变，故Mg-RE-Zr和MgRE－Mn系合金是耐热镁合金，可在150～250℃工作。
2.5
1.5 5 8
200℃以下工作的发动机零件等
高温高压下工作的发动机匣等 机舱隔框、增压机匣等高载荷零件 形状简单受力不大的耐蚀零件
MB2
MB8 MB15
250
260 335
20
7 9
飞机蒙皮、壁板及耐蚀零件
形状复杂的锻件和模锻件 室温下承受大载荷的零件，如机翼等
2.3 镁合金－分类、牌号
铸造镁合金：ZM＋顺序号表示。 ZM1、ZM2、ZM7、ZM8： Mg-Al-Zn 系 ZM5： Mg-Zn-Zr系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热 性较差，主要用于制造150℃以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高 载荷的结构件或壳体。 ZM3、ZM4和ZM6：Mg-RE-Zr系。良好铸造性能、常温强度和塑性较 低、耐热性较高，主要用于制造250℃以下工作的高气密零件。
A35 6 T6 262 185
尼龙 195 170
ABS 45 40
钢 ~330 ~200
220
屈服强度(压缩)
剪切强度 疲劳强度
MPa
MPa MPa 5×108 cyc
165
140 82 60
186
205 90
145
0.1%蠕变强度
无缺口冲击强 度 有缺口冲击强 度 延伸率 弹性模量 剪切模量 布氏硬度 泊松比
2.3 镁合金－强化方式
合金化强化机制：固溶强化、第二相强化（弥散强化、析出强化）
固溶强化： 根据原子尺寸、晶格类型、电化学性质和电子浓度等因素，镁和周期表中 可形成合金的元素几乎只能形成有限固溶体；合金元素溶入基体中，通过原子 错排、溶质与溶剂原子弹性模量的差异而强化基体；若溶质原子提高了合金熔 点、增大弹性模量、减小原子自扩散，还可提高抗蠕变性能。 第二 相强化： 超过溶解度的合金元素将与镁形成中间相，有下列三种类型： AB型－简单立方CsCl结构。如MgTi、MgAg、MgCe和MgSn。 AB2型－Laves相， 如：MgCu2；MgZn2 ；MgNi2 。 CaF2型－面心立方金属间化合物，如Mg2Si和Mg2Sn。 当合金元素在基体中的溶解度随温度降低而下降时，将从基体中析出第二 相阻碍位错运动和滑移，使屈服强度提高，产生析出强化（时效强化）。强化 效果取决于尺寸、形状、物理性能和析出相与基体间的界面性质。 弥散强化的颗粒是合金在凝固过程中产生，其熔点较高、不溶于镁基体、 具有良好的热力学稳定性。弥散强化比析出强化可以保持到更高的温度。
纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素， 制成镁合金。 Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr系 和 Mg-RE-Zr系等合金系。 分为变形镁合金和铸造镁合金。
牌号 抗拉强度（Mpa） ZM1 235
伸长率％ 5
用
途
飞机轮毂、支架等抗冲击件
ZM2
ZM3 ZM5 MB1
185
118 225 210
铸造镁合金中合金元素含量高于变形镁合金，以保证液态合金 具有较低的熔点，较高的流动性和较少的缩松缺陷等。如果还 需要通过热处理对镁合金进一步强化，那么所选择的合金元素 还应该在镁基体中具有较高的固溶度，而且这一固溶度还会随 着温度的改变而发生明显的变化，并在时效过程中能够形成强 化效果显著的第二相。铝在α-Mg中的固溶度在室温时大约只有2 ％，升至共晶温度436℃时则高达12.1％，因此压铸AZ91HP合 金具备了一定的时效强化能力，其强度有可能通过固溶和时效 的方法得到进一步的提高。
元素 镁 铝 钛 铁 镍 铜 锌
元素在周期表 中的排序 12 13 22 26 28 29 30
原子重 量 24.3 27.0 47.9 55.9 58.9 63.6 65.4
比重 1.7 2.7 4.5 7.9 8.9 8.9 7.1
熔点 650 660 1668 1530 1453 1083 693
2.3 镁合金－强化方式
晶粒细化 镁合金：k= 280～320MPa · －0.5 μm 铝合金： k=68MPa · －0.5 μm 通过下列手段控制镁合金晶粒尺寸，以提高镁合金强度和塑性。 ⑴变质处理或过热处理镁合金熔体细化晶粒 向镁合金熔液中添加晶粒细化剂如含Zr细化剂、含C细化剂。凝固时锆以 六方晶型α－Zr质点形式析出，弥散分布于镁合金熔体中作为镁的结晶核心， 使镁合金组织明显细化；加入的C与铝形成Al4C3，其晶格类型属于六方晶系、 晶格常数均与镁相近，同样作为镁的结晶核心。 将镁合金过热到850℃左右保温30分钟，然后快冷到铸造温度浇注的过程 即为过热处理。这种处理最适于含Al、Mn和杂质Fe的镁合金。细化原因可能 是过热处理时产生了六方晶格MnAl4等高熔点化合物在结晶过程中起晶核作用， 从而细化晶粒。 ⑵铸锭塑性变形细化晶粒 ⑶快速凝固细化晶粒 ⑷半固态成形细化晶粒