镁合金的成分、组织和力学性能.pptx
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晶化合物或第二相的组成、结构以及形态和分布，可得 到性能完全不同的镁合金。 ❖ 镁合金的主要合金元素有Al、Zn和Mn等，有害元素有Fe、 Ni和Cu等(见图2-3)。
图2- 3 合金元素和有害金属对镁的腐蚀速率的影响 (3％NaCl溶液)
❖ (1) 铝
❖ 在固态镁中具有较大的固溶度，其极限固溶度为12.7％， 而且随温度的降低显著减少，在室温时的固溶度为2.0 ％左右。
❖ 常用的有：T4—固溶处理，T5—人工时效，T6—固溶处 理后人工时效。
表2-3 中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比
表2- 4 压铸镁合金的化学成分(质量分数)／％
表2-5 变形镁合金的化学成分(质量分数)／％
2. 2. 4 合金元素对组织和性能的影响
❖ 合金元素对镁合金组织和性能有着重要影响。 ❖ 上面已经提到，加入不同合金元素，可以改变镁合金共
❖ 铝可改善压铸件的可铸造性，提高铸件强度。
❖ 但是，Mg17Al12在晶界上析出会降低抗蠕变性能。特 别是在AZ91合金中这一析出量会达到很高。
❖ 在铸造镁合金中铝含量可达到7％～9％，而在变形铝合 金中铝含量一般控制在3％～5％。
❖ 铝含量越高，耐蚀性越好。但是，应力腐蚀敏感性随铝 含量的增加而增加。
物的熔点。 ❖ 可见，Mg17Al12熔点最低，Mg2Si熔点最高。所以，
Mg-Al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
❖ (4) 原子价因素 ❖ 业已指出，当溶质和溶剂的原子价相差越大，则溶解度
越小。 ❖ 与低价元素相比，较高价元素在镁中的溶解度较大。 ❖ 所以，尽管Mg-Ag和Mg-In之间原子价差是相同的，但
2. 2 镁合金成分对性能的影响
2．2．1 镁合金的合金化特点
❖ (1) 晶体结构因素 ❖ 根据休谟一饶塞里定则(Hume—Rothery Rules)，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)，其它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。
❖ Th也是镁合金的一种合金元素，组成合金系：Mg-Th-Zr， Mg-Th-Zn-Zr，Mg-Ag-Th-RE-Zr。因Th具有放射性，基 本不再使用。
❖ 按有无Al，分为含Al镁合金和不含Al镁合金； ❖ 按有无Zr，可分含Zr合金和不含Zr合金。 ❖ 根据加工工艺划分，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合
❖ 尽管形成拉弗斯相的主要因素是尺寸因素，但是电子浓 度在确定其结构类型和稳定性方面起着重要作用。
❖ 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。 ❖ 化合物的稳定性可用熔点来表示，表2-1列出镁合金化合
变化。 ❖ 如AZ91E表示主要合金元素为Al和Zn，其名义含量分别
为9％和1％，E表示AZ91E是含9％Al和1％Zn合金系列 的第五位。
表2-2 镁合金中合金元素代号
2．2．3 镁合金的分类及热处理
❖ 镁合金的分类有三种方式：化学成分、成形工艺和是否含 锆。
❖ 根据化学成分，以五个主要合金元素Mn、Al、Zn、Zr和 稀土为基础，组成基本合金系：Mg-Mn，Mg-Al-Mn， Mg-Al-Zn-Mn，Mg-Zr，Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr，Mg-AgRE-Zr，Mg-Y-RE-Zr。
❖ (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2-1所示，对镁来说，金属元素中约有1／2可 能形成无限固溶体，约1／10的金属元素相对差值在15％左 右，其它则在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
一价银在二价镁中的溶解度比三价铟在镁中的溶解度要 小得多。
2．2．2 镁合金成分与牌号
❖ 目前，国际上倾向于采用美国试验材料协会(ASTM)使用 的方法来标记镁合金。
❖ 镁合金中合金元素代号见表2-2。 ❖ 镁合金牌号中两位数字表示主要合金元素的名义质量分
数(％)。其局限性是不能表示出有意添加的其它元素。 ❖ 由于这个原因，这种体系需要改进。 ❖ 后缀字母A、B、C、D、E等是指成分和特定范围纯度的
❖ 我国铸造镁合金主要有如下三个系列：Mg-Zn-Zr、MgZn-Zr-RE和Mg-Al-Zn系列。
❖ 变形镁合金有Mg-Mn、Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr。 ❖ 中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比见表2-3。 ❖ 常见压铸镁合金和变形镁合金的化学成分分别见表2-4、
表2-5。 ❖ 镁合金热处理采用与铝合金同样的系统标示。
金两大类(见图2-2)。两者没有严格的区分，铸造镁合金 如AZ91、AM20、AM50、AM60、AE42等也可以作为锻 造镁合金。
图2-2 镁合金的分类
❖ 目前国外在工业中应用较广泛的镁合金是压铸镁合金，主 要有以下4个系列：AZ系列Mg-Al-Zn；AM系列Mg-AlMn；AS系列Mg-Al-Si和AE系列Mg-Al-RE。
合物越稳定。Darken—Gurry理论认为，电负性差值大 于0.4的百度文库素不易形成固溶体。 ❖ 镁具有较强的正电性，当它与负电性元素形成合金时， 几乎一定形成化合物。这些化合物往往具有拉弗斯 (Laves)型结构，同时其成分具有正常的化学价规律。 ❖ 拉弗斯相是一种金属间化合物，它借大小原子排列的配 合而实现密堆结构，其分子式为AB2，A原子半径大于B 原子半径。
第2章 镁合金的成分、组织和性能
2. 1 概述
❖ 工业用镁的纯度可达到99.9％，但是纯镁不能用作结构 材料。
❖ 在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素形成的 镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛应用。
❖ 在20世纪20年代至30年代晚期，镁合金的开发和应用达 到第一个高峰；在20世纪50年代，达到第二个高峰；从 20世纪90年代至今是第三个高峰。
图2- 3 合金元素和有害金属对镁的腐蚀速率的影响 (3％NaCl溶液)
❖ (1) 铝
❖ 在固态镁中具有较大的固溶度，其极限固溶度为12.7％， 而且随温度的降低显著减少，在室温时的固溶度为2.0 ％左右。
❖ 常用的有：T4—固溶处理，T5—人工时效，T6—固溶处 理后人工时效。
表2-3 中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比
表2- 4 压铸镁合金的化学成分(质量分数)／％
表2-5 变形镁合金的化学成分(质量分数)／％
2. 2. 4 合金元素对组织和性能的影响
❖ 合金元素对镁合金组织和性能有着重要影响。 ❖ 上面已经提到，加入不同合金元素，可以改变镁合金共
❖ 铝可改善压铸件的可铸造性，提高铸件强度。
❖ 但是，Mg17Al12在晶界上析出会降低抗蠕变性能。特 别是在AZ91合金中这一析出量会达到很高。
❖ 在铸造镁合金中铝含量可达到7％～9％，而在变形铝合 金中铝含量一般控制在3％～5％。
❖ 铝含量越高，耐蚀性越好。但是，应力腐蚀敏感性随铝 含量的增加而增加。
物的熔点。 ❖ 可见，Mg17Al12熔点最低，Mg2Si熔点最高。所以，
Mg-Al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
❖ (4) 原子价因素 ❖ 业已指出，当溶质和溶剂的原子价相差越大，则溶解度
越小。 ❖ 与低价元素相比，较高价元素在镁中的溶解度较大。 ❖ 所以，尽管Mg-Ag和Mg-In之间原子价差是相同的，但
2. 2 镁合金成分对性能的影响
2．2．1 镁合金的合金化特点
❖ (1) 晶体结构因素 ❖ 根据休谟一饶塞里定则(Hume—Rothery Rules)，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)，其它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。
❖ Th也是镁合金的一种合金元素，组成合金系：Mg-Th-Zr， Mg-Th-Zn-Zr，Mg-Ag-Th-RE-Zr。因Th具有放射性，基 本不再使用。
❖ 按有无Al，分为含Al镁合金和不含Al镁合金； ❖ 按有无Zr，可分含Zr合金和不含Zr合金。 ❖ 根据加工工艺划分，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合
❖ 尽管形成拉弗斯相的主要因素是尺寸因素，但是电子浓 度在确定其结构类型和稳定性方面起着重要作用。
❖ 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。 ❖ 化合物的稳定性可用熔点来表示，表2-1列出镁合金化合
变化。 ❖ 如AZ91E表示主要合金元素为Al和Zn，其名义含量分别
为9％和1％，E表示AZ91E是含9％Al和1％Zn合金系列 的第五位。
表2-2 镁合金中合金元素代号
2．2．3 镁合金的分类及热处理
❖ 镁合金的分类有三种方式：化学成分、成形工艺和是否含 锆。
❖ 根据化学成分，以五个主要合金元素Mn、Al、Zn、Zr和 稀土为基础，组成基本合金系：Mg-Mn，Mg-Al-Mn， Mg-Al-Zn-Mn，Mg-Zr，Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr，Mg-AgRE-Zr，Mg-Y-RE-Zr。
❖ (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2-1所示，对镁来说，金属元素中约有1／2可 能形成无限固溶体，约1／10的金属元素相对差值在15％左 右，其它则在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
一价银在二价镁中的溶解度比三价铟在镁中的溶解度要 小得多。
2．2．2 镁合金成分与牌号
❖ 目前，国际上倾向于采用美国试验材料协会(ASTM)使用 的方法来标记镁合金。
❖ 镁合金中合金元素代号见表2-2。 ❖ 镁合金牌号中两位数字表示主要合金元素的名义质量分
数(％)。其局限性是不能表示出有意添加的其它元素。 ❖ 由于这个原因，这种体系需要改进。 ❖ 后缀字母A、B、C、D、E等是指成分和特定范围纯度的
❖ 我国铸造镁合金主要有如下三个系列：Mg-Zn-Zr、MgZn-Zr-RE和Mg-Al-Zn系列。
❖ 变形镁合金有Mg-Mn、Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr。 ❖ 中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比见表2-3。 ❖ 常见压铸镁合金和变形镁合金的化学成分分别见表2-4、
表2-5。 ❖ 镁合金热处理采用与铝合金同样的系统标示。
金两大类(见图2-2)。两者没有严格的区分，铸造镁合金 如AZ91、AM20、AM50、AM60、AE42等也可以作为锻 造镁合金。
图2-2 镁合金的分类
❖ 目前国外在工业中应用较广泛的镁合金是压铸镁合金，主 要有以下4个系列：AZ系列Mg-Al-Zn；AM系列Mg-AlMn；AS系列Mg-Al-Si和AE系列Mg-Al-RE。
合物越稳定。Darken—Gurry理论认为，电负性差值大 于0.4的百度文库素不易形成固溶体。 ❖ 镁具有较强的正电性，当它与负电性元素形成合金时， 几乎一定形成化合物。这些化合物往往具有拉弗斯 (Laves)型结构，同时其成分具有正常的化学价规律。 ❖ 拉弗斯相是一种金属间化合物，它借大小原子排列的配 合而实现密堆结构，其分子式为AB2，A原子半径大于B 原子半径。
第2章 镁合金的成分、组织和性能
2. 1 概述
❖ 工业用镁的纯度可达到99.9％，但是纯镁不能用作结构 材料。
❖ 在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素形成的 镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料广泛应用。
❖ 在20世纪20年代至30年代晚期，镁合金的开发和应用达 到第一个高峰；在20世纪50年代，达到第二个高峰；从 20世纪90年代至今是第三个高峰。