镁合金化及其组织性能特征
镁合金材料
镁合金材料镁合金是一种由镁为基础的金属材料，通过与其他合金元素的合金化处理而得到的。
镁合金具有低密度、高强度、耐热性好等特点，因此具有广泛的应用前景。
首先，镁合金具有极低的密度，大约是钢的2/3，铝的1/4。
这使得镁合金在制造航空航天器材、汽车零部件和电子设备中具有重要的地位。
它的低密度不仅能够减轻整个设备的重量，提高设备的使用寿命，还能降低能源消耗，提高燃油效率。
因此，镁合金是汽车和航空航天工业中的理想材料之一。
其次，镁合金具有优异的强度和刚度。
虽然镁合金的密度较低，但它的强度却相对较高，能够承受较大的载荷。
此外，镁合金还具有良好的抗腐蚀性能，能够抵抗氧化、酸、碱等环境的侵蚀，因此它具有很长的使用寿命。
镁合金的优异性能使得它在航天航空、交通运输、电子设备等领域都有广泛的应用。
另外，镁合金还具有良好的导热性和导电性。
由于镁合金具有较高的导热性能，可以快速散热，因此广泛应用于散热模块及其他热管理设备中。
而镁合金具有良好的导电性，使得它在电子设备中发挥重要作用。
它可以用于制造电池外壳、散热器、绝缘层等等，能够提高设备的稳定性和寿命。
然而，镁合金也存在一些缺点。
首先，镁合金易于燃烧，需要采取一定的措施来防止其在高温下燃烧。
其次，镁合金的加工性能较差，容易产生切削刀具的磨损和切屑的高温燃烧，增加了制造成本。
综上所述，镁合金作为一种轻质、高强度、耐热的金属材料，具有广泛的应用前景。
它在航空航天、汽车和电子设备等领域都有重要的应用，将为未来的高新技术产品提供重要的支持。
当然，为了克服其缺点，需要进一步开展研究，开发新的制造和加工技术，以满足各种应用的需求。
AZ31镁合金组织性能的影响分析
摘要挤压变形AZ31镁合金组织以绝热剪切条纹和细小的α再结晶等轴晶为基本特征。
挤压变形可显著地细化镁合金晶粒并提高镁合金的力学性能。
随挤压比的增大,晶粒细化程度增加,晶粒尺寸由铸态的d400μm减小到挤压态的d12μm(min);强度、硬度随挤压比的增大而增大,延伸率在挤压比大于16时呈单调减的趋势。
轧制变形使板材晶粒明显细化,硬度提高。
AZ31合金中添加Ce,其铸态组织中能够形成棒状Al4Ce相,并能改善合金退火态组织和力学性能;添加Ce可以改善AZ31的综合力学性能。
关键词:AZ31变形镁合金;强化机制；组织；性能绪论20世纪90年代以来,作为最轻金属结构材料的镁合金的用量急剧增长,在交通、计算机、通讯、消费类电子产品、国防军工等诸多领域的应用前景极为广阔,被誉为“21世纪绿色工程材料”,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点。
大多数镁合金产品主要是通过铸造生产方式获得,变形镁合金产品则较少。
但与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品消除了铸造缺陷,组织细密,综合力学性能大大提高,同时生产成本更低,是未来空中运输、陆上交通和军工领域的重要结构材料。
目前，AZ31镁合金的应用十分广泛,尤其用于制作3C产品外壳、汽车车身外覆盖件等冲压产品的前景被看好,正成为结构镁合金材料领域的研究热点而受到广泛重视。
第1章挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响1.1 挤压变形组织特征及挤压比的影响作用图1-1为动态挤压变形过程中的组织变化。
动态变形过程大致分为3个区域:初始区、变形区和稳态区，分别对应着不同的组织。
图1-1a为初始区挤压变形前的铸态棒料组织。
由粗大的α-Mg树枝晶和分布其间的α-Mg+Mg17Al12共晶体组成,枝晶形态十分发达，具有典型的铸造组织特征。
晶粒尺寸为112~400μm。
图1-1b为变形区近稳态区组织。
图中存在大量无序流线,流线弯曲度大、方向不定且长短不一，显然这种组织特征是在挤压力作用下破碎的树枝晶晶臂(α固溶体)发生滑移、转动的结果。
镁合金的微观组织与性能研究
镁合金的微观组织与性能研究镁合金是一种重要的轻质结构材料，具有优异的轻量化、高比强度和良好的机械性能等特点，被广泛应用于汽车、航空、航天等领域。
但受到其自身的缺陷限制，如低的耐腐蚀性、易燃性等，镁合金的应用仍面临一些挑战。
因此，研究镁合金的微观组织与性能，对于进一步推广其应用具有重要意义。
镁合金的微观组织镁合金的织构镁合金的织构对其力学性能具有重要影响。
研究表明，在拉伸过程中，镁合金的晶粒会发生变形和旋转，从而形成某种织构。
基于织构的种类和大小，可以将镁合金分为不同的等级。
目前，常见的镁合金织构主要有蜡板织构、镇静轧制织构、晶粒外倾织构等。
镁合金的晶粒大小晶粒的大小也是影响镁合金力学性能的重要因素。
通常情况下，晶粒越小，组织缺陷越少，材料的塑性、韧性和强度都会得到改善。
对于镁合金的制备工艺而言，影响晶粒大小的因素主要有铸造温度、速度、冷却率等。
此外，合金化元素的添加也可以改变晶粒的大小和分布。
镁合金的传统凝固组织镁合金的传统凝固组织主要包括铸态组织和热处理组织。
铸态组织通常指在常温下通过铸造等方式形成的组织，包括粗大的单相镁晶粒以及含有比较多的亚晶粒和间晶。
热处理组织通常指在高温下进行加热处理后形成的组织，如时效组织、淬火组织等。
镁合金的协同凝固组织近期的研究表明，通过采用协同凝固方法，可以制备出更为理想的镁合金微观组织。
协同凝固是一种将铸造技术与变形加工技术进行结合的新型材料制备方法。
在这种方法下，可以通过控制加工参数和公差尺寸等，来控制晶粒大小和织构等微观组织结构。
镁合金的力学性能镁合金由于其较为独特的化学和物理结构，具有一定特殊的力学性能。
镁合金的拉伸性能镁合金的拉伸性能通常以它的拉伸强度、屈服强度、断裂延伸率等指标来衡量。
研究表明，镁合金在加工过程中，晶粒细化和织构会显著提高其拉伸强度和屈服强度，其断裂延伸率也会得到明显提升。
镁合金的耐疲劳性能镁合金的耐疲劳性能也是比较重要的力学性能指标之一。
化学物理性能(镁合金)
化学物理性能以镁为基加入其他元素组成的合金。
其特点是：密度小（1.8g/cm3左右），比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。
主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。
目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。
主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。
在实用金属中是最轻的金属,镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。
它是实用金属中的最轻的金属,高强度、高刚性。
[编辑本段]镁合金的特点其加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。
应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。
镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。
另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。
镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。
比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程塑料。
在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。
镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。
镁合金铸件抗拉强度与铝合金铸件相当，一般可达250MPA，最高可达600多Mpa。
屈服强度，延伸率与铝合金也相差不大。
镁合金还个有良好的耐腐蚀性能，电磁屏蔽性能，防辐射性能，可做到100%回收再利用。
镁合金件稳定性较高压铸件的铸造行加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工。
镁合金具有良好的压铸成型性能，压铸件壁厚最小可达0.5mm。
适应制造汽车各类压铸件。
[编辑本段]镁合金应用镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。
镁的重量比铝轻，比重为1.8，强度也较低，只有200～300兆帕(20～30公斤/毫米2)，主要用于制造低承力的零件。
镁及镁合金的主要物化性能
镁及镁合金的主要物化性能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。
镁合金的组织与性能特征研究
镁合金的组织与性能特征研究随着科技的不断发展以及社会的不断进步，人们对于材料的需求也越来越高。
镁合金是一种轻质高强度的金属材料，因其具有良好的加工性能和比强度高的特点，而被广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
本文将围绕镁合金的组织与性能特征展开探讨。
一、镁合金的组织特征镁合金的组织特征主要包括晶粒大小、相组成和缺陷等。
晶粒大小是指镁合金中晶粒的平均直径大小，它与材料的性能以及加工性能密切相关。
一般来说，晶粒尺寸越小，材料的强度和塑性就会越高。
而相组成则是指镁合金中存在的不同相的种类及其相对比例，不同的相组成会影响材料的机械性能、耐腐蚀性能等。
镁合金中常见的相包括α-Mg、β-Mg17Al12、MgZn2等。
最后，缺陷也是影响镁合金性能的一个因素，如夹杂物、氧化物等缺陷都会降低材料的性能和可靠性。
二、镁合金的机械性能特征机械性能是衡量材料的重要指标之一，它包括强度、塑性、韧性等多个方面。
镁合金的强度相对较高，但其塑性比较差，易于产生裂纹和断裂。
为了提高镁合金的塑性和韧性，通常采用热加工和热处理工艺。
热处理工艺可以改变镁合金的相组成和晶粒尺寸，从而提高材料的塑性和韧性。
此外，镁合金的抗腐蚀性也是其应用的重要性能之一，其抗腐蚀性受到其相组成和表面状态的影响。
三、镁合金的应用前景随着人们对于环保、节能的要求越来越高，镁合金作为一种轻质高强度的金属材料，具有广泛的应用前景。
在航空、航天、汽车、电子等领域，镁合金已经成为重要的材料之一。
比如，在汽车领域，镁合金可用于制造车架、发动机壳体等部件，可以减轻车重，提高汽车的燃油效率和行驶性能。
在电子行业，镁合金也可用作电子设备外壳、散热器等部件，以提高设备的性能和可靠性。
总之，镁合金作为一种重要的轻质高强度材料，其组织与性能特征对于材料的应用具有重要的影响。
未来，随着科技的不断发展和应用环境的不断提高，镁合金的应用前景也将越来越广阔。
镁合金使用寿命以及性能特点
如何提高镁合金的耐高温性能?镁合金在汽车制造、航空工业等方面的应用要求具有一定的高温性能和抗蠕变性能，稀土镁合金(AE系列)能提高合金的高温强度和蠕变强度。
研究表明，加入一定量的锡可改善合金的高温强度;加人硅可改善合金的蟠变强度;加人鳃可提高合金的高温(超过300℃)性能;加入银可提高合金的高温强度和蠕变强度。
在Mg-5Al-1 Zn-1 Si合金中加人0.5%(质量分数)的锑，使合金在150℃时的强度从168 MPa上升到178MPa,屈服强度也从81 MP。
上升到90MPa，抗冲击韧性值从21J上升到30J。
稀土会使镁合金的室温性能变差，为此，加人一些短纤维、晶须、颗粒等复合材料，以改善合金的室温和高温性能。
在Mg-/Li合金中加人一定的Mg0/Mg2Si颗粒，使合金的高温抗蠕变。
性能在温度达210℃前得到显著改善，而且随着温度的升高，改善效果更为明显。
笔记本电脑和手机外壳等在一定的工作温度范围内，要求其尺寸稳定性(抗蠕变性能)要好。
与现有的工程塑料相比，不会因环境改变而改变的镁基耐高温复合材料的性能优势可得到充分施展。
镁基复合材料的制备方法主要有真空(或保护性气氛)浸渗法、粉末冶金法、薄膜冶金法、搅拌铸造法。
提高镁合金材料使用寿命有何技术措施?镁是活泼的金属元素，标准电极电位为负值，且绝对值很大，导致镁及镁合金的耐腐蚀性很差，这阻碍了镁合金产品在应用中发挥优势，限制了其应用范围。
镁合金腐蚀的直接原因是合金元素及杂质元素的引入导致镁合金中出现第二相。
镁合金的腐蚀形态有:电偶腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂、晶间腐蚀和丝状腐蚀以及高温氧化。
镁合金发生电化学腐蚀与溶液的pH值、溶液的性质、合金的成分及所处的环境有关。
为提高镁合金材料的使用寿命，应控制冶金因素以提高镁合金的耐腐蚀性，具体包括合金元素、杂质元素、相组成和微结构。
表面处理技术的研究，如镁合金的化学转化处理、阳极氧化、等离子微弧阳极氧化、金属镀层和物理气相沉积涂层技术等，为等离子技术提高镁合金的耐腐蚀性带来了新的生机。
不同压力下AZ31镁合金的凝固组织及性能变化
不同压力下AZ31镁合金的凝固组织及性能变化我国的镁矿资源丰富，是原镁生产大国，但在镁资源利用上依然停留在原镁生产阶段，对于高质量镁合金制备等深加工方面，我国依然显著落后于世界先进水平，我国镁行业迫切需要提高自己的实力。
标签：压力；镁合金；组织；性能0 引言本文选用AZ31镁合金作为课题研究对象，基于加压凝固基础理论及影响机制，分析研究了加压对镁合金凝固组织变化特征以及性能的影响，其不仅对控制镁合金凝固组织进而改善性能具有积极意义，而且对进一步丰富镁合金凝固理论都也具有一定影响。
1 实验条件和方法本实验选用AZ31镁合金，主要化学成分（质量百分比）见表1。
采用一端封闭的不锈钢管作为浇铸的模型，本实验采用的压力条件分别是常压，静压，离心压力。
选用高纯石墨坩埚作为AZ31合金熔炼容器，设定熔炼温度为720℃。
合金熔炼过程中使用2#溶剂进行熔体的保护和除渣处理。
待合金完全熔化后浇注入预热的管子中，浇注时采用氩气保护，浇铸温度670℃～685℃。
静压力是通过管式加热炉的加热区域控制镁合金熔体的施加静压的高度，通过熔体自重来补缩，获得在不同熔体深度下具有不同的静压头作用的凝固组织。
离心压力凝固是将浇注冷却的管子封闭后加热至合金融化，放入转速为1400r/min的离心设备上进行离心加压使得合金完全凝固。
注意，管子在放入井式加热炉之前要用石棉布包裹，确保管子拿出井式炉未开始离心凝固之前管子内的合金处于液态。
为了明显的对比两种工艺的优缺点，静压力凝固的铸件取样沿重力方向的底部位置，离心压力凝固的铸件取离旋转中心远的边部位置。
试样磨制，抛光和腐蚀后，在奥林巴斯金相显微镜和日产S-3400N型的扫描电镜下观察显微组织，利用型号为D/max2200PC的XRD衍射仪对不同凝固条件制备成的金相试样进行相成分测试，确定相组成。
使用型号HX-1000TM的显微硬度计进行硬度测试。
在型号Instron8801的拉伸机上测试力学性能。
MB15镁合金组织及性能分析
但 由于 镁为 密排 六方 结构 ， 移系 比较 少 ， 性 滑 塑
加工能力较差 ， 大部分镁合金都采用铸造成型， 较少 采 用锻 压 、 制 、 压 等 塑 性 成 型方 法 加工 ［ ， 在 轧 挤 １这 ］ 很大 程 度 上 限制 了的 应用 ， 目前 较 成 熟 的生 产 技 与 术 （ 常规 合 金的 传统 的铸 造工 艺 ） 如 以及 一些 正在 发 展的 技术 （ 提高抗 蠕 变性 能技 术 、 如 先进 的薄 壁铸 造 技术和 触 变铸 造技 术 ） 比 ， 合金 的挤 压与 轧制 等 相 镁
维普资讯
２０ 年第 １ 期 ０７ １
内 蒙古 石 油化 工
５ ９
ＭＢ 镁 合 金 组 织 及 性 能 分 析 １ ５
戴 丽娟 张 瑞 刘 霞。 ， ，
（． １包头 职业技术学院 材料工程系 ；． 方重 工集团理 化室 ， ２北 内蒙古 包 头 ０４３） １０ ０
图 １ 铸态组织 ５０ ０ Ｘ图
２变形 后的组织 ５０ ０ Ｘ， 变形速率 ０ Ｏ ／ ， ． ｌｓ
图 ３变形后的组织 ５ Ｏ ＯＸ 变形速率 ０ １ ． ／ｓ
在 镁 中加 入 少 量 锆 ， 以细 化 晶粒 ， 可 减少 热 裂 倾向， 提高力学性能。 力学性能见表 ３ 锆的化学活 。 泼性 高 ， 易与 其 他 元 素如 铝 、 、 、 、 和锰 等 元 硅 铁 锡 镍 素形 成难 熔金 属 间 化合 物 ， 丧失 锆 的细 化 晶粒 作 而 用， 因此 ， 加锆 的镁合金 不 能同时加 入上述 元 素 。锆 能够 细 化 晶粒 的原 因 是 ： 液 态镁 中锆 的溶 解度 随 在 温度降低而减少 ， 在凝固过程中， 锆首先以 ａ ｒ —ｚ 结 晶析 出 ， 点 阵结 构与 镁相 似 ， 非 自发 形核 作用从 其 起 而 能 够 细化 晶粒 。在 镁 合 金 中加 入 ０ ５－０ ８ ｚ ． － ． ｒ － 时， 其细 化 晶粒 作 用的效果 最好 。此 外 ， 锆还 能够提 高 镁合金 的熔 点 ， 善高 温性 能和耐 蚀性。 。 改 对 ＭＢ ５ １ 镁合金做不同变形速率的冲击试验并 测定 了其硬 度值 见 表 ２ 在 显微 镜 下 观 察 ＭＢ ５镁 ， １ 合 金变 形后 的 金相 组织 发现 与 ＡＺ １镁 合金 。的组 ３ 织有 很 大 的 区别 ， Ｉ ＭＢ ５镁合 金 组 织 中 的 晶粒 都 是 等 轴 晶粒 ， 有 发 现长 条 状 的 晶粒 ， 且 没 有 变 形 没 而 带， 晶界 也 很 宽 ， 晶粒 也 很粗 大 ， 也就 是说 ＭＢ ５镁 １ 合金 发生变 形 时并没 有产 生滑 移 ， 而是 形成 了孪 晶 ， 如图 ２３ 、 所示 。 在一 般的冷 挤压 以及温 挤压 时 ， 沿挤 压 方 向的 晶粒 应该 是 拉 长 的 ， 实 际情 况是 沿 挤 压 但
镁合金的合金化及组织性能研究
独创性说明
作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究ｉ 作及取得研究成果。尽我所知，除了丈中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料．与我一同工作的同志
ｐｈａｓｅ，ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ＡＩｅＣａ ｐｈａｓｅ，ｗｈｉｃｈ ａｃｔｓ ａｓ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｏｕｓ
ｎｕｃｌｅｕｓ．
ｎｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｒａｎｇｅ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｌｉｔｔｌｅ Ｃａ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ
ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ａｓ－ｃａｓｔ Ｍｇ－６ＡＩ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｍｒｅ ａｎｄ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｔｓ
ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｉｔｈ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １％Ｃａ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ａｓ－ｃａｓｔ Ｍｇ一６ＡＩ ａｌｌｏｙ，ｉｔｓ
汽车行业对镁及其合金用量的提高是最大的拉动者，成为镁巨大应用的潜力市场。 汽车的轻量化不论是节省能源，还是控制、减缓地球温室效应都是最有效和最直接的方 法之一。目前汽车上使用的镁合会主要用在制造壳体和框架上，基本上没有将它作为制 造重要部件的结构材料来使用，主要原因是镁合金在室温下缺乏延展性。因此，目前的 镁合金产品基本上使用金属型压铸或注塑成型方法制造。然而，镁合金铸件的力学性能 不够理想，产品形状尺寸存在一定的局限性且容易产生组织缺陷，导致镁合余的使用性 能和应用范围受到很大限制。与铸态材料相比，变形镁合金材料更具发展前途和潜力。 通过变形可以生产尺寸多样的产品，并且通过材料的组织的控制和热处理工艺的应用， 获得比铸造镁合金更高的强度，更好的延展性。更多样化的力学性能，从而满足更多结 构件的需要。这样不仅可以应用到汽车中的受力部件，对于进一步扩大镁合金的用途和 用量也是非常重要的。目前，变形镁合会的研究已成为世界镁工业发展中的主要方向， 并已经取得了很多重要的成果，为镁合会的应用奠定了技术基础。
镁合金材料的性能、成型技术与应用分析
摘要镁合金作为目前工业应用中最轻的金属结构材料，因其强度、比刚度高，良好的电磁屏蔽性能及易于加工、回收等优点，被誉为“21世纪绿色金属工程材料”，并广泛用于汽车、通讯、电子、航空航天等领域。
本文着重探讨了新型镁合金的组织性能、耐腐蚀性能以及成型技术。
分析了不同合金元素的添加，对镁合金的物理性能、化学性能的影响。
介绍镁合金的分类，不同牌号的镁合金，含有哪些不同的合金性能，以及该合金材料的优缺点、实用性和应用领域。
在我国，镁合金加工成形技术主要是压铸成型，在压铸成型中，我们要注意到压铸镁合金材料的性能要求，在压铸过程中的技术参数以及该注意到的问题我们都会详细阐述。
最后展望了镁合金发展和应用的前景，作为21世纪的绿色金属材料，在越来越多的领域中逐步得到应用，所以，镁合金材料的开发、应用研究和高要求、高性能的镁合金材料的开发势在必行。
关键词：镁合金；成型技术；性能；耐腐蚀AbstractMagnesium alloys as the lightest metal structural material for current industrial applications, because of its strength, specific stiffness, good electromagnetic shielding performance and ease of processing, recycling, etc., was known as the "21st century green metallic engineering materials," and widely used in the automotive, communications, electronics, aerospace and other fields.This article focuses on the performance of the new magnesium alloy, corrosion resistance, and molding technology. The effects for the physical and chemical properties of magnesium alloys,which coursed by different alloying elements added,is analysised. Describes the classification and different grades of magnesium alloys, different alloys properties, as well as the advantages and disadvantages of the alloy material, practical, and applications. In China, the forming process of magnesium alloy was mainly the die casting, we have to note that the material properties requirements of magnesium alloy in die-casting , the technical parameters of die casting process and some other issues we will be more noticed . Finally, the future development and application of magnesium alloy is prospected, as the 21st century green metallic materials, and gradually more and more applied , the development of magnesium alloy material, applied research and the development of high demanded,high-performance magnesium alloys materials is imperative.Key Words：Mg-Al-Zn alloys；forming technology；property；corrosion目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1镁及镁合金简介 (1)1.2镁合金的特点 (1)1.3 镁合金的应用 (3)1.3.1镁合金在车辆上的应用 (3)1.3.2镁合金在航空上的应用 (3)1.3.3镁合金在3C产品上的应用 (3)1.3.4镁合金在武器的应用 (4)1.3.5镁合金在其他领域的应用 (4)1.4新型镁合金的研究 (5)第二章实验部分 (7)2.1概述 (7)2.2压铸镁合金体系 (7)2.3压铸用的浇注系统 (8)2.4压铸设备 (9)2.5镁合金的熔炼 (9)2.5.1熔炼设备 (9)2.5.2冷、热室压铸机 (10)2.6镁合金的压铸工艺 (11)2.6.1压铸工艺装置 (11)2.6.2熔体制备 (12)2.6.3压铸工艺 (13)2.6.4熔体熔炼的阻燃保护 (15)2.6.4.1溶剂保护 (15)2.6.4.2气体保护 (16)2.6.4.3合金化阻燃保护 (17)2.6.5压铸过程中的阻燃保护 (18)第三章结果与讨论 (19)3.1镁合金的成份 (19)3.2镁合金的成份对性能的影响 (20)3.2.1镁合金的合金化特点 (20)3.2.2镁合金的物理冶金特性 (21)3.3合金元素的作用 (22)3.3.1铝对镁合金的性能的影响 (23)3.3.2锌元素的作用 (24)3.3.3其他合金元素的作用 (25)第四章镁合金前景与未来发展 (27)4.1镁合金的未来发展前景 (27)4.1.1耐高温性能的改善 (27)4.1.2抗腐蚀性能的提高 (28)4.1.3塑性变形能力的改善 (28)4.1.4镁基复合材料 (28)第五章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)第一章绪论1.1镁及镁合金简介1774年人们首次发现镁，并以希腊古城Magnesia命名。
AZ31镁合金在高温变形中的组织变化和机械性能
由表 1 可知， 双轴变形试样的屈服应力和抗拉 强度均远大于单轴变形的， 而且可发现单轴变形试 样有超塑性变形存在， 而同样条件下双轴变形试样 没有发现超塑性变形存在。 可见 AZ31 镁合金双轴 变形时即使在高温下变形抗力也很大。 这是由于相 对于单轴变形， 板厚和板幅变形同时存在， 变形时 由于变形处于约束状态， 因而其塑性流动性差， 变 形时的平均应力比单轴变形高， 在没有呈现大的伸 长时就断裂， 因而就没有了超塑性。
试样晶界上形成了约 1 μm 的微孔及纤维状组织。 这 力不均匀引起的动态再结晶和纤维状态组织的形成。
ห้องสมุดไป่ตู้种组织变化的结果， 是在晶界形成微细晶粒， 因而其
吴全兴摘译自《 日本金属学会志》
阳极氧化含 Ｎ 的钛合金生成 Ｎ 掺杂的 ＴｉＯ２ 纳米管
1972 年， Fujisima 和 Honda 研究证明， 锐钛矿 型 TiO2 半导体价带能约为 3.2 eV， 可作为光活性材 料或光催化剂。 但是， 由于其价带能相对较高， 需 要紫外光（ λ≤380 nm） 激发才能达到典型的光感应。 紫外光部分只占太阳 能 光 谱 能 的 2％~3%， 因 而 锐 钛矿型 TiO2 不能有效地利用太阳能。 为了提高可见 光区太阳能的转换效率， 研究者发现在 TiO2 中掺杂 合适的物质可以改变其价带能， 从而提高其光催化 活性。 目前， 最有效的窄化 TiO2 价带能的工艺是 N 掺杂。 N 掺杂可通过在 TiO2 表面溅射含氮的混合气 体， 在 NH3 中退火， 或通过化学途径在沉积的过程 获得 TiO2 纳米粒子的混合物。 本研究旨在开发一种 新的 N 掺杂工艺， 即采用 TiN 合金作为基材， 在阳 极氧化过程直接吸收 N 进入 TiO2 纳米管中。
镁合金的组织结构、特性及应用综述
中国镁合金的组织结构、特性及应用2003/01/24摘自：新型材料的特性及其应用牌号热处理制度组织结构特性及应用MB2M状态：冷轧退火300~350ºC，300minα（镁基固溶体）+ Mn-Al 化合物质点+Mg17Al12 （片状）。
热压棒、型材为再结晶组织，退火均为再结晶组织是一种不可热处理强化的变形镁合金（Mg -Al –Zn系）；它的热塑性良好，切削加工性、焊接性好，应力腐蚀倾向小，主要用于航空发动机零件以及其他复杂的锻件等制品MB3M状态：板材退火温250~300ºC，300min合金中Al、Mn含量偏高，板材易产生锰的偏析物（Al- Mn化合物），它对合金的力学性能无明显影响，但使抗蚀性能下降，正常的微观组织为中等晶粒再结晶组织，晶界残存Mg17Al12属于不可热处理强化的Mg -Al –Zn系变形镁合金，室温强度较高，切削性良好，焊接性合格。
但有应力腐蚀倾向，故必须表面氧化处理及涂漆防护。
合金以冷（热）轧退火状态供应。
主要制造导弹蒙皮和壁板，长期工作温度：150ºC，短期200ºCMB8R状态：热轧、热挤压、热锻状态M状态：冷轧板退火：300ºC，300minY2状态：半冷作硬化，240ºC，300min合金中锰含量偏高，易出现锰的偏析物，其结构为ßMn及含有Fe、Al 等杂质。
微观组织中因Ce含量少，难以见到Mg9 Ce属于Mg-Mn系不可热处理强化的变形镁合金；添加铈可细化晶粒和改善力学性能；它的切削加工性及焊接性良好，没有应力腐蚀倾向。
用于制作飞机蒙皮、壁板及汽油和滑油系统附件MB15S状态：热挤压后人工时效，170ºC，10h，空冷，热锻后人工时效，150ºC，合金中加入锆，晶粒组织细密。
铸态高倍组织的晶界区为亮灰色镁锌化合物。
局部区域有时也出现锆的偏析物（Zn-是Mg-Zn-Zr系，可热处理强化的高强度变形镁合金，它的强度高，其σb、、σs、δ 、αh 优于其他镁合金，综合性能好，切削性能优良，24h，空冷Zr化合物）。
镁合金ppt课件
PART 04
镁合金的应用领域
REPORTING
航空航天领域
01
02
03
轻量化需求
镁合金的密度低，能有效 降低航空航天器的整体重 量，从而减少燃料消耗和 碳排放。
高温环境适应性
镁合金具有较好的耐高温 性能，能在航空发动机等 高温环境下稳定工作。
高强度与刚度
镁合金经过特殊处理后， 可具备较高的强度和刚度 ，满足航空航天器的结构 需求。
阔。
随着技术的不断进步，镁合金的强度、 韧性、耐腐蚀性等性能得到了显著提升 ，为镁合金的应用提供了更多可能性。
全球范围内的政策支持也为镁合金的发 展提供了有力保障，例如欧盟的“欧洲 绿色协议”和中国的“双碳目标”，都 将镁合金作为一种重要的绿色材料进行
推广和应用。
镁合金面临的挑战与问题
镁合金的耐腐蚀性相对较差，需要采取有效的表面处理和防护措施。
镁合金的分类与应用
分类
根据成分和用途，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金两 类。
应用
广泛应用于航空航天、汽车、3C电子等领域，以实现产品轻 量化。
镁合金的发展历程与趋势
发展历程
从20世纪30年代开始研究镁合金， 经过几十年的发展，其应用领域不断 扩大。
趋势
随着环保意识的提高和新能源汽车的 快速发展，镁合金的应用前景更加广 阔。
建筑领域
镁合金的耐腐蚀性和高强度使其可用于建筑结构 件和装饰材料，提高建筑的使用寿命和美观度。
PART 05
镁合金的未来展望与挑战
REPORTING
镁合金的发展前景
镁合金作为一种轻量化材料，在汽车、 航空航天、电子产品等领域具有广泛的 应用前景。随着环保意识的提高和能源 消耗的增加，镁合金的应用前景更加广
AZ31B镁合金焊接接头组织特征及力学性能
式 中： 。 和 都 是常 数 ，Ｒ。 表示 晶粒 对 变形 的阻 力 ， 相 当于单 晶 的屈服 强度 值 ，与 成分 、温 度有 关 ；Ｋ为
颗粒 的热 膨 胀 系数 差 ； ｖ 增 强 颗 粒 的体 积 分 数 ；Ｇ ｉ为
为剪 切模 量 ；ｂ为柏 氏矢量 ；ｄ 为 晶粒 尺 寸 。 可 以看 出 ．在一 定 范 围内 ．屈服 应 力与 晶粒 直 径 的平 方根 成 反 比。
并 截取 图 ２试样 分 别做 拉伸 试 验 ，拉伸 性 能见 表 ２ 。
Ｒ ＦＲ。 Ｚ ， ＋ 一 （） １
且结 晶时释放的热量不 足 ，使得 提供 晶粒的热源少 ．致 使 晶粒 还来不及长大 ，熔池就 已迅速冷却凝 固 ，所 以焊
缝 晶粒 细小 。而热影响 区吸收了来 自焊缝 的热量 ，温度
梯度小 ，晶粒易长大 。焊缝 区域是通 过再结 晶过程 形成
虽然 上 述两 公式 所对 应 的机 理不 同 ，但 是 ，它 们 都能 说 明随 着 晶粒尺 寸 的增 大 ，焊缝 金 属 的屈服 强 度
图 ２ 试 样 形 状 及 尺 寸 表 ２ 拉 伸 试 验 结 果 试 样
ｌ
是 降低 的 。
２３ 断 口 Ｓ Ｍ 扫 描 ＿ Ｅ
断 裂 位 置
从图 １ 中可见 ，焊缝处 晶粒细小 ，热影 响区晶粒粗 大 ，熔合 区同时有细小 的和粗 大的晶粒 。这是 因为 。镁 合金 比热容小且凝结潜热低 ，不 能吸收过多 的热量 ，并
试 样 １ ，３均 取 自薄 板 Ａ ３ Ｂ （ 材 ） ，２ Ｚ１ 母 ，试 样
镁合金性质与特点课件
200-350 100-250 200-400
73-128 50-167 27-54
减震系数 30-60％
2-5％
-
10-17％
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4
镁合金的晶体结构
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5
ASTM 命名方法
AZ 9 1D
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标识代号 表示Zr含量大致为1% 表示Zn含量大致为9% 代表名义含量(质量分数)次高的合金元素Zr 代表名义含量(质量分数)最高的合金元素Zn
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合金材料的处理状态
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7
镁合金的分类
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8
镁合金的强化方法
n 纯镁的室温性能很差，通过以下处理性能得以大幅改善
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合金元素对材料性能的影响
镁合金中的主要合金元素有Al、Zn、Mn等，有害元素有Fe、Ni、Cu
n Al: (1) 强度、硬度及铸造性，含量过高时脆化 (2) 提高耐蚀性，但也同时增加应力腐蚀敏感性
n 针对性能主要从以下五种成型方式介绍：
砂型和永久型铸造、压铸、锻造、挤压、片材与板材
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不同制备方法的材料性能
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不同制备方法的材料性能
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不同制备方法的材料性能
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不同制备方法的材料性能
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不同制备方法的材料性能
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内 容
镁合金合金化原因 镁合金的合金化特点 镁合金合金化相图 镁合金合金化强化 •
镁合金化原因
物理性能
银白色，密度1.74g/cm3 ，熔点650℃，沸点1100℃。
其晶体结构hcp，无同素异构转变，室温下滑移系少（3
个），冷变形能力差；但当温度升至(150～250)℃以上时，
合金的耐蚀性能。另外，Mn能提高镁合金的蠕变抗
力。
镁合金合金化相图---- Zr
Zr在Mg中的固溶度小，在包晶反应温度653.6℃ 时为x（Zr）=1.042% ，不与Mg形成化合物（见图）， 对镁的强化作用小。其主要作用是细化晶粒，是镁合 金最有效的晶粒细化剂。Zr细化镁合金铸造组织的机 理尚不十分清楚，一般认为，Zr亦为hcp结构，其晶格 常数（a=0.323nm，c=0.514nm）与镁的晶格常数 （a=0.321nm，c=0.521nm）十分接近，合金凝固时由 于Zr固溶度小，熔点高，会先析出固相微粒为镁提供 异质核心。 Zr还能与合金中的杂质Fe、Si乃至H、O元素形成 稳定化合物而净化熔体，同时也消耗了 Zr。有很多因 素使Zr从熔体中沉淀，能起晶粒细化作用的只是固溶 到Mg中的Zr，因此在设计合金时必须考虑这一因素。 Zr由于能细化铸锭晶粒，因而改善铸件质量，明显提 高合金塑性，并且有一定的强化作用。
镁的机械性能，使镁合金的强度重量比在各类合金中仅次于钛
合金而名列第二，为其工业应用开拓了广阔前途。 合金化元素的第二个作用是改善镁合金的铸造性能。纯 镁的熔点高，流动性差，收缩量大。通过合金化能降低液相温度， 增加流动性，提高镁合金的铸造性能，减小收缩倾向。针对镁合
金在150摄氏度以上温度其强度显著下降的特点。
且随温度变化有明显变化，在时效过程中合金化元素能形成强化
效果比较突出的过渡相，除了对力学性能进行优化外，还要考虑
合金化元素对抗蚀性、加工性能及抗氧化性能的影响。
• 典型的拉弗斯相包括三种：MgCu2(立方)、MgZn2(六方)、 MgNi2(六方)。 • MgCu2型有LaMg2；
• MgZn2型有BaMg2、CaMg2。
滑移系增多，使其塑性显著增加，因而镁及镁合金可以进 行各种热变形加工。 纯镁弹性模量小（室温下仅为45GPa），因此在外力 作用下弹性变形功较大，镁合金可承受较大的冲击和振动
载荷。
镁合金合金化原因
纯镁的机械性能很差，不能满足工业零件对屈服强度和抗拉 强度的要求。 合金化元素的第一个作用是通过加入合金化元素能显著提高
合金化的第三个作用是增强镁合金的抗蠕变性能。
镁合金的合金化特点
（１）晶体结构因素 金属结构相同，原子尺寸、电化学特征相近，才能形 成无限固溶体。镁具有密排六方晶体结构 （hcp），其他 常用的密排六方金属 （如锌和铍），不能满足上述条件， 不能与镁形成无限固溶体。只有镉可满足上述条件，在高 温 （＞253℃）下，能与镁形成无限固溶体。 （２）原子尺寸因素 溶质和溶剂原子大小的相对差值在15％以内才可能形 成无限固溶体。如图所示，对镁来说，可能形成无限固溶 体的金属元素中约有1/2，约1/10的金属元素相对差值在 15%左右，其他则在15%以外。 （３）电负性因素 溶质元素与溶剂元素之间的电负性相差越大，生成的 化合物越稳定。Darken Gurry理论认为，电负性差值大于 0.4的元素不易形成固溶体.
Mg-Li
• 100mm2、高度20mm的Mg-38.5% Li-5% Zn合 金，其密度只有0.946Mg/m3。且在室温下施 加100kN的压缩应力，其变形前后之照片如 图二所示。换算成形加工率高达82%且无破 裂等现象。此合金之熔点约400°C，通常再 结晶温度以Tm/2（Tm为合金之熔点，以绝对 温度K表示）来估算的话约为60°C，因此室 温下压缩变形后将产生回复再结晶，有可能 造成软化。但经由自然时效硬度量测的结果， 并未发现硬度的变化。
Mg-Li
▼表一Mg-Li合金与其他结构材料的物性比较 Mg-Li
Mg-Li
• 锂的的活性比镁还强，因此合金熔炼时的保 护气氛与保温时间是重要关键。虽然合金的 熔点如表一所示为400~450°C，且熔解后之 保持温度也较低。但是熔解时周围即使含少 量湿气，也会造成锂的瞬间气化，使得熔炼 不仅困难且危险性高。此外，镁本身也会与 大气中的氧或氮作用，放热反应而激烈燃烧。 因此，合金的熔炼采用高周波真空感应熔解 炉，在Ar保护炉气氛中执行。此种熔炼方法，
而添加量达12wt%以上时，完全成为单β相，则有接 近100%的冷加工能力。同时密度随著锂添加量增加
而降低，添加锂量达33wt%左右的密度将比水还轻。
• 表一为超轻量镁合金与其他结构材的之物性比较。 • Mg-Li系合金之弹性系数及强度虽然比其他结构材差， 但其比强度与比弹性係数则是所有材料中最优者，为 轻量化的最好材料。
Mg-Li • 相同的合金在室温下轧延，厚度由30mm轧延 至0.04mm，轧延率达99.9%。正如前述，镁合 金原本为不具室温轧延性的六方晶格结构， 但因锂添加使得变化成体心立方晶结构，室 温下具有优异的轧延性。 Mg-38.5%Li-5%Zn合金的应力应变曲线如 图三所示。应变随著应力增加呈直线上升， 达屈服强度后，几乎无应变硬化(Strain Hardening)现象，之后应变则随应力下降而大 幅增加，伸长率高达200%。
• 化合物的稳定性可用熔点来表示，表2-1列出镁合金化合 物的熔点。 • 可见，Mg17Al12熔点最低，Mg2Si熔点最高。所以，MgAl合金耐高温性能较差，而Mg-Si耐高温性能较好。
表2-1 镁合金化合物的熔点
表 3 合金元素对镁合金性能的影响
续表
图3 合金元素和有害金属对镁的腐蚀速率的影响 (3％NaCl溶液)
镁合金合金化相图---- Al
Mg合金的有效合金化元素，Mg-Al为重要的 合金系（Mg-Al二元相图见图）。Al在Mg中的固 溶度大，在共晶温度437℃ 时最大固溶度达x（Al） =12.5% ，且随温度降低固溶度变化明显，因此不 仅可以产生固溶强化作用，而且可以进行淬火、 时效热处理，产生沉淀强化。 Al对Mg合金的性能有着良好的影响。能提高 合金强度和塑性，并能改善氧化膜的结构。改善 铸造性能，但有形成显微缩松的偏向。Al含量过 高，性能下降，因此工业镁合金含铝量控制在 10% 以下。
Mg-Li合金的主要问题是耐蚀性能低 于一般的镁合金。其次是性能不稳定， 在稍高的温度（50～70℃）下，就过时 效而不稳定，并导致在较低载荷下发生 过度蠕变。但Mg-Li合金是超轻合金， 由于这一特性，必然促使人们通过合金 化或其他技术途径进行改进和提高。
Mg-Li变形镁合金
▲图1 Mg-Li二元平衡相图及轧延界限与密 度特性
镁合金合金化强化
由于纯镁的晶体结构为密排六方， 在２5℃ 时 （ａ ＝0.320nｍ，ｃ＝0.520ｎｍ），c/a=1.624，依照晶体学 中的刚球模型，镁的原子半径为0.323nｍ，标准电极电 位为-2.30Ｖ，因此若从原子的尺寸因素考虑，原子半径 与镁原子半径相差±15%的范围内，周期表中大约有４０ 种元素有可能与镁形成无限固溶体。镁基合金中，大部 分合金元素与镁在固态下有限固溶，并具有包晶或共晶 转变。 但由于这些元素与镁的晶格类型、电化学性质和电子 浓度之间的差别，镁和其他所有的化学元素几乎只能形 成有限固溶体。过饱和的其他合金元素与镁形成中间相， 镁与这些中间相往往都形成共晶体。此外，还有一些在 镁中几乎不固溶的元素如Si、Sb等，也被认为是镁的重 要合金元素。 下表列出了镁对一些合金元素的固溶度，其中前 • 10种元素已被用于商业化镁合金中。
镁合金合金化相图---- Si
• Mg-Si二元相图见图。Si不固溶于Mg， 可形成化合物Mg2Si（熔点为1085℃）， 是有效的强化相，Si还能与合金中的其 他合金元素形成稳定的硅化物，改善合 金的蠕变性能。Si也是一种弱的晶粒细 化剂，同时与Al、Zn、A粒，改善铸造性能，改善室温和 高温性能，提高耐蚀性能
镁合金合金化相图---- Sc钪
• Sc 提高镁的室温和高温强度，与 Ce、 Mn等元素同时加入时，显著提高合金的 高温强度和抗蠕变性能。
稀土对纯镁晶粒细化的宏观形貌
镁合金合金化相图---- Li
Li是最轻的金属（0.55g/cm3），与Mg组成合金构成 迄今最轻的金属材料，因此 Mg-Li合金主要特点是轻。 合金化另一特点是随着Li含量的增加，可以改变合金的 晶体结构。Mg-Li合金在共晶温度592℃ 时发生共晶反 应： L→α-Mg+β-Li β-Li为体心立方结构，塑性较好。当Li含量在5.7% 以下时，合金为密排六方的α-Mg固溶体，当Li含量在 5.5% ～11% 时，合金为α+β组织，当Li含量超过11% 时，则形成完全由体心立方结构组成的β固溶体。随着 β含量的增加，合金的塑性明显改善，为合金的冷加工 提供了前提，（α+β）合金还具有超塑性。Li在Mg中的 固溶度大，但随温度下降固溶度变化不大，镁的合金 化以基本上是固溶强化。
镁合金合金化强化
镁合金作为镁的合金化产品是目前应用最广泛的镁基材料，
因此镁合金强化的关键就是选择合适的合金元素。考虑到镁的
合金化一般都是利用细晶强化、固溶强化、沉淀强化和弥散强化 来提高合金的常温和高温力学性能，因此其合金化设计应从晶体
学、原子的相对大小、原子价以及电化学因素等方面进
行考虑。选择的合金化元素应在镁基体中有较高的固溶度，并
镁合金合金化相图---- Zn
•
镁合金的有效合金化元素，Mg-Zn为重要
的合金系。Mg-Zn相图见图。Zn在Mg中的固
溶度较大，且随温度降低而显著减小，因此
可以使合金产生固溶强化和时效强化。
Zn能增加熔体的流动性，改善铸件品质，
但有形成显微缩松的倾向。Mg-Zn合金应加入
适量Zr以细化晶粒和减小合金的脆性。