（材料学专业论文）挤压变形mgal和mgzn系镁合金的力学行为.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 由于镁合金在降低产品重量、节省能源及增强产品可靠性等方面所具有的优势，镁 合金的开发应用引起了人们的高度重视。近年来，随着汽车工业和电子工业的迅速发展， 大量的镁合金结构件被生产出来，代替塑料、铝合金甚至钢制零件，预计镁合金将成为 本世纪最重要的商用轻质金属结构材料。由于变形镁合金比铸造镁合金具有更高的强度 和塑性，因此，变形镁合金已经在镁质材料的未来广泛应用中呈现出越来越大的潜力。 显然，针对变形镁合金的组织、结构与性能开展研究不仅可为新型变形镁合金的开发奠 定理论基础，也可为变形镁合金结构件的安全设计和合理使用提供可靠的理论依据。为 此，本文主要针对不同加工处理状态的挤压变形a m 5 0 和a z 9 1 合金的拉伸行为和低周 疲劳行为进行了研究，确定了试验温度和热处理对挤压变形a m 5 0 和a z 9 1 合金的拉伸 性能和疲劳性能的影响。此外，还针对挤压变形a z 8 1 合金以及等通道转角挤压z k 4 0 合金的超塑性变形行为进行了研究，并探讨了试验温度对两种合金的超塑性能的影响以 及相应的超塑性变形机制。 拉伸行为研究结果表明，随着试验温度的升高，不同加工处理状态的挤压变形a m 5 0 和a z 9 1 合金的抗拉强度和屈服强度降低，而断裂伸长率则不断增大。经固溶处理( t 4 ) 的挤压变形a m 5 0 和a z 9 1 合金的晶粒发生了长大，导致力学性能有所下降；若固溶处 理后再进行时效处理( t 6 ) ，因为有弥散细小的第二相( m g l 7 a l l 2 ) 析出，可起到强化 作用，两种合金的抗拉强度和屈服强度得以提高；热挤压后直接进行人工时效处理( t 5 ) ， 可导致强化相析出，故可有效地提高a m 5 0 合金的室温和高温拉伸性能以及a z 9 1 合金 的室温拉伸性能。对不同加工处理状态的挤压变形a m 5 0 和a z 9 1 合金的拉伸断口形貌 分析显示，室温下，合金表现出韧性和脆性混合断裂特征，而在高温下，韧窝数量多且 较深，可以确定合金基本发生韧性断裂。 低周疲劳行为研究结果表明，挤压变形a m 5 0 与a z 9 1 镁合金的循环应力响应行为 与外加总应变幅及其加工处理状态密切相关。在较大的外加总应变幅下，不同加工处理 状态的挤压变形镁合金可表现为循环应变硬化及循环稳定；而在较低的外加总应变幅 下，这些合金在疲劳变形初期常表现为循环稳定，甚至呈现循环软化，但是在疲劳变形 后期则发生比较明显的循环应变硬化；固溶处理和时效处理均可在一定程度上改变挤压 变形a m 5 0 与a z 9 1 镁合金的循环应力响应行为。对于不同加工处理状态的挤压变形 a m 5 0 与a z 9 1 镁合金而言，其弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的反向循环周次之间 的关系表现为单斜率线性行为，并分别服从b a s q u i n 和c o f f i n - m a n s o n 公式。在较高的 外加总应变幅下，两种挤压变形镁合金的循环滞后回线上对应于压缩变形部分的宽度明 李锋：挤压变形m g _ a 1 和m g - z n 系镁合金的力学行为 显大于拉伸变形部分的宽度，呈现拉、压不对称循环变形行为。在外加总应变幅为1 5 时，在不同加工处理状态的两种挤压变形镁合金的循环滞后回线上出现了锯齿状屈服现 象，说明合金在疲劳变形期间发生了动态应变时效。此外，两种挤压变形镁合金的拉伸 滞后能与合金的疲劳寿命之间存在线性关系，据此可以预测合金的低周疲劳寿命。疲劳 断口形貌分析结果表明，不同加工处理状态的挤压变形a m 5 0 与a z 9 1 合金的疲劳裂纹 均以穿晶方式萌生于试样表面，并以穿晶方式扩展。 超塑性变形行为研究结果表明，在1x 1 0 。s 4 的初始应变速率下，挤压变形a z 8 1 合 金的断裂伸长率随着试验温度的升高呈单调增加趋势，可由2 0 0 。c 时的9 4 提高至到 3 5 0 0 c 时的4 4 6 ；在3 0 0 0 c 和3 5 0 。c 下，挤压变形a z 8 1 合金在中等应变速率( 1 0 4 s 1 0 。s 。1 ) 范围内的应变速率敏感性指数m 值相对较高，而在较高应变速率( 大于1 0 之 s 。) 范围内的m 值相对较低；挤压变形a z 8 1 合金的超塑性变形机制是由晶界扩散或晶 格扩散协调的晶界滑移，且主要受试验温度的影响。在1 x 1 0 3s 4 的初始应变速率下，经 过1 道次和3 道次等通道转角挤压的z k 4 0 合金的断裂伸长率均随着温度的升高呈现先 增加后降低的趋势，且可在2 5 0 。c 时分别达到2 1 2 和6 1 2 的最大断裂伸长率，表现出 明显的低温超塑性；等通道转角挤压z k 4 0 合金的超塑性变形机制也是由晶界扩散或晶 格扩散协调的晶界滑移；此外，在超塑性变形期间，可发生动态应变时效，而且z k 4 0 3 p 合金在超塑性变形过程中由动态应变时效引起的流变应力起伏i 幅度高于z k 4 0 1 p 合金。 关键词：挤压变形镁合金；拉伸性能；低周疲劳；超塑性 i i 大连理工大学博士学位论文 m e c h a n i c a lb e h a v i o ro fe x t r u d e dm g - - a 1a n dm g - - z nb a s e da l l o y s a b s t r a c t d u et ot h e i rs u p e r i o rp e r f o r m a n c e si nw e i g h tr e d u c t i o n s ，e n e r g ys o u r c es a v i n ga n d r e l i a b i l i t ye n h a n c e m e n t ，b o t hd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n so fm a g n e s i u ma l l o y sh a v eb e e n c o n s i d e r a b l yf o c u s e d ，i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dp r o g r e s so fa u t o m o t i v ea n de l e c t r o n i c i n d u s t r i e s ，an u m b e ro fm a g n e s i u ma l l o yc o m p o n e n t sh a v eb e e nm a n u f a c t u r e dt or e p l a c e t h o s em a d eo fp l a s t i c s ，a l u m i n u ma l l o ya n ds t e e lo n e s i tc a r tb ee x p e c t e dt h a tm a g n e s i u m a l l o y sw i l lb e c o m et h em o s ti m p o r t a n tl i g h t w e i g h ts t r u c t u r a lm a t e r i a l si nc o m m e r c i a lm e t a l m a t e r i a l s w r o u g h tm a g n e s i u ma l l o y sc a ne x h i b i tt h eh i g h e rs t r e n g t ha n db e t t e rp l a s t i c i t yt h a n c a s tm a g n e s i u ma l l o y s ，a n ds h o wt h em o r es i g n i f i c a n tp o t e n t i a li nf u r t h e ra p p l i c a t i o n so f m a g n e s i u mb a s e dm a t e r i a l s o b v i o u s l y ，r e s e a r c h e so nm i c r o s t r u c w r e sa n dp r o p e r t i e so f w r o u g h tm a g n e s i u ma l l o y sc a nn o to n l ye s t a b l i s ht h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rn e wd e v e l o p m e n t o fw r o u g h tm a g n e s i u ma l l o y s ，b u ta l s op r o v i d er e l i a b l eb a s e sf o rs a f ed e s i g na n dr e a s o n a b l e u s a g eo f w r o u g h tm a g n e s i u ma l l o yc o m p o n e n t s i nt h i sp a p e r ，t h et e n s i l ea n dl o wc y c l ef a t i g u eb e h a v i o r so fe x t r u d e da m 5 0a n da z 9 1 m a g n e s i u ma l l o y sw i t hd i f f e r e n tp r o c e s s i n gs t a t u s e sa r ei n v e s t i g a t e d t h ei n f l u e n c eo ft e s t i n g t e m p e r a t u r ea n dh e a tt r e a t m e n to nb o t ht e n s i l ea n df a t i g u ep r o p e r t i e so fe x t r u d e da m 5 0a n d a z g lm a g n e s i u ma l l o y sa r ed e t e r m i n e d m o r e o v e r ，t h es u p e r p l a s t i cd e f o r m a t i o nb e h a v i o ro f e x t r u d e da z 8 1a n de q u a l - - c h a n n e l - a n g u l a r - - p r e s s e dz k 4 0m a g n e s i u ma l l o y sh a sa l s ob e e n s t u d i e d t h ee f f e c to ft e s t i n gt e m p e r a t u r eo nt h es u p e r p l a s t i cp r o p e r t yo ft w oa l l o y sa n d c o r r e s p o n d i n gs u p e r p l a s t i cd e f o r m a t i o nm e c h a n i s ma r ed i s c u s s e d t h et e n s i l ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tf o rt h ea m 5 0a n da z 9 1a l l o y ss u b j e c t e dt o d i f f e r e n tp r o c e s s i n ga n dt r e a t m e n t ，t h eu l t i m a t et e n s i l ea n dy i e l ds t r e n g t h sd e c r e a s ew h i l e e l o n g a t i 0 1 2t of a i l u r eo b v i o u s l yi n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gt e s tt e m p e r a t u r e a f t e rt h es o l i d s o l u t i o nt r e a t m e n t ( t 4 ) ，t h eg r o w t ho f g r a i n so c c u r s ，w h i c hl e a d st oad e c r e a s ei nm e c h 甜1 i c a l p r o p e r t i e so ft w oa l l o y s w h e nt h ea g i n gi sa p p l i e df o l l o w i n gs o l i ds o l u t i o nt r e a t m e n t ( y 6 ) ， t h eu l t i m a t et e n s i l ea n dy i e l ds t r e n g t h so ft w oa l l o y sw i l l g e te n h a n c e db e c a u s et h ef i n e s e c o n d a r yp h a s ep a r t i c l e sp r e c i p i t a t et h ea g i n gd i r e c t l yf o l l o w i n gh o te x t r u s i o n ( t 5 ) c a n r e s u l ti nt h ep r e c i p i t a t i o no ft h o s es t r e n g t h e n i n g p h a s e ss u c ha sm g l 7 a 1 j 2 ，a n dt h u st h et e n s i l e p r o p e r t i e so ft h ea m 5 0a l l o ya tr o o ma n de l e v a t e dt e m p e r a t u r e sa sw e l la st h et e n s i l e p r o p e r t i e so ft h ea z 9 1a l l o ya tr o o mt e m p e r a t u r eg e ti n c r e a s e d f r a c t u r es u r f a c ea n a l y s i s r e v e a l e dt h a tt h ee x t r u d e da m 5 0a n da z g la l l o y sw i t hd i f f e r e n tp r o c e s s i n gs t a t u s e se x h i b i ta c h a r a c t e r i s t i co fm i x e dd u c t i l ea n db r i t t l ef r a c t u r ed u r i n gt e n s i o na tr o o mt e m p e r a t m - e a t 李锋：挤压变形m g - a 1 和m g z n 系镁台金的力学行为 e l e v a t e dt e m p e r a t u r e s ，t h em o r ea n dd e e p e rd i m p l e sc a r lb eo b s e r v e do nt h ef r a c t u r es u r f a c e s o ft h et e n s i o nd e f o r m e dm a g n e s i u ma l l o y s i ti m p l i e dt h a tt h et e n s i l ef r a c t u r eo ft h ea l l o y s o c e u r r e db a s i c a l l yi nad u c t i l em o d e t h er e s u l t so fl o w c y c l i cf a t i g u et e s t sr e v e a lt h a tt h ec y c l i cs t r e s sr e s p o n s eb e h a v i o ro f t h ee x t r u d e da m 5 0a n da z 91a l l o y si sc l o s e l yr e l a t e dt ob o t hi m p o s e dt o t a ls t r a i na m p l i t u d e a n dp r o c e s s i n gs t a t u s a tt h eh i g h e rt o t a ls t r a i na m p l i t u d e s ，t h ea l l o y ss u b j e c t e dt od i f f e r e n t p r o c e s s i n ga n dt r e a t m e n te x h i b i tc y c l i cs t r a i nh a r d e n i n go rs t a b l ec y c l i cs t r e s sr e s p o n s e a t t h el o w e rt o t a ls t r a i na m p l i t u d e s ，t h ea l l o y ss h o wc y c l i cs t a b i l i t yo re v e nc y c l i cs o f t e n i n ga t t h eb e g i n n i n go ff a t i g u ed e f o r m a t i o n ，w h i l et h ec o n s i d e r a b l es t r a i nh a r d e n i n go c c u r sa tt h e l a t t e rs t a g e i th a sb e e nf o u n dt h a tb o t hs o l i ds o l u t i o nt r e a t m e n ta n da g i n gf 0 1 1 0 w i n gh o t e x t r u s i o nc a ni n f l u e n c et h ec y c l i cs t r e s sr e s p o n s eb e h a v i o ro ft h ee x t r u d e da m 5 0a n da z 91 a l l o y s e s p e c i a l l ya tt h el o w e rt o t a ls t r a i na m p l i t u d e s ，t h ee f f e c to f h e a tt r e a t m e n to nt h ec y c l i c s t r e s sr e s p o n s eb e h a v i o rb e c o m e sm o r es i g n i f i c a n t f o rt h ea m 5 0a n da z 9 1a l l o y ss u b j e c t e d t ov a r i o u sp r o c e s s i n g t h er e l a t i o nb e t w e e ne l a s t i ca n dp l a s t i cs t r a i na m p l i t u d e sw i t l lr e v e r s a l c y c l e st of a i l u r es h o w sa m o n o t o n i cl i n e a rb e h a v i o r ，a n dc a nb ew e l ld e s c r i b e db yt h eb a s q u i n a n dc o f f i n - m a n s o ne q u a t i o n s ，r e s p e c t i v e l y t h eh e a tt r e a t m e n ta f t e rh o te x t r u s i o nc a ng i v ea s i g n i f i c a n te f f e c to nt h ef a t i g u el i f eb e h a v i o ro ft w oe x t r u d e dm a g n e s i u ma l l o y s i th a sb e e n o b s e r v e dt h a ta tt h eh i g h e rt o t a ls t r a i na m p l i t u d e s t h ew i d t ho ft h eg 一h y s t e r e s i sl o o po ft w o e x t r u d e dm a g n e s i u ma l l o y si nt h et e n s i l ed i r e c t i o ni sg r e a t e rt h a nt h a ti nc o m p r e s s i v e d i r e c t i o n t h ea l l o y se x t f i b i tt h ep r o n o u n c e da n i s o t r o p i cd e f o r m a t i o nb e h a v i o ri nt h ed i r e c t i o n o ft e n s i o na n dc o m p r e s s i o n a tt h et o t a ls t r a i na m p l i t u d eo f1 5 as e r r a t e df l o wc a nb e o b s e r v e do nt h ed 一h y s t e r e s i s1 0 0 p sf o rt h ee x t r u d e da m 5 0a n da z 9 1a l l o y sw i t hd i f f e r e n t p r o c e s s i n gs t a t u s e s i tm e a n st h a tt h e s o c a l l e dd y n a m i cs t r a i na g i n gt a k e sp l a c ed u r i n g f a t i g u ed e f o r m a t i o n i na d d i t i o n ，t h e r ee x i s t sal i n e a rr e l a t i o nb e t w e e nt h et e n s i l eh y s t e r e s i s e n e r g ya n df a t i g u el i f ef o rt h ee x t r u d e da m s 0a n da z 9 1a l l o y s t h u s ，t h el o w c y c l ef a t i g u e l i f eo f t h ee x t r u d e dm a g n e s i u m a l l o y sc a nb ep r e d i c t e du s i n gt h et e n s i l eh y s t e r e s i se n e r g ya sa m a t e r i a lp a r a m e t e r t h es e mo b s e r v a t i o n so nf r a c t u r es u r f a c e so ft h ef a t i g u e da m 5 0a n d a z g la l l o y sw i t hv a r i o u sp r o c e s s i n gs t a t u s e ss h o wt h a tu n d e ra l l e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s u s e di nt h i si n v e s t i g a t i o n ，f a t i g u ec r a c k si m t i a t et r a n s g r a n u l a r l ya tt h es u r f a c eo fs a m p l e sa n d p r o p a g a t ei nat r a n s g r a n u l a rm o d e t h es u p e r p l a s t i cd e f o r m a t i o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t sr e v e a lt h a ta ta r ti n i t i a ls t r a i nr a t eo f 1xl0 一s1 ，t h ee l o n g a t i o nt of a i l u r eo ft h ee x t r u d e da z s1 a l l o ys h o w sam o n o t o n i ci n c r e a s e w i t ht e s t i n gt e m p e r a t u r e a t2 0 0 。c ，t h ee l o n g a t i o nt of a i l u r e f o rt h ee x t r u d e da z 8 1 a l l o yi s 9 4 ，w h i l eg e t si n c r e a s e dt o4 4 6 a t3 5 0 。c a tb o t h3 0 0 0 ca n d3 5 0 。c t h ev a l u eo ft h e s t r a i nr a t es e n s i t i v i t yo fe x t r u d e da z 81 a l l o y ，m ，i sr e l a t i v e l yh i g h e ri nt h em o d e r a t es t r a i n r a t er a n g eo f1 0 。4 s 1t o1 0 2s ，b u ti sl o w e ri nt h eh i g h e rs t r a i nr a n g ea b o v e1 0 。2s f o rt h e i v 奎堕望三盔兰堕主堂焦堡苎 e x t r u d e da z 81a l l o y ，i t ss u p e r p l a s t i cd e f o r m a t i o nm e c h a n i s mi st h eg r a i nb o u n d a r ys l i d i n g a c c 。m m o d a t e db ye i t h e rg r a i nb o u n d a r yd i f f u s i o no rl a t t i c ed i f f u s i o n ，m a i n l yd e p e n d i n go n t e s t i n gt e m p e r a t u r e a ta ni n i t i a ls t r a i nr a t eo f1 xl0 3s ，t h ee l o n g a t i o nt of a i l u r eo ft h ez k 4 0 a l l o ys u b j e c t e dt o1a n d3p a s s e so fe q u a l c h a n n e l a n g u l a r 。p r e s s i n ge x h i b i t sa ni n i t i a li n c r e a s e f o l l o w e db yd e c r e a s ei n c r e a s ew i t ht e s t i n gt e m p e r a t u r e ，a n dt h em a x l m l u me l o n g a t i o no t 2 1 2 o r6 1 2 c a r lb er e s p e c t i v e l ya c h i e v e da t2 5 0 。c ，t h a ti s ，as i g n i f i c a n tl o w 。t e m p e r a t u r e s u p e r p l a s t i c i t yh a sb e e no b t a i n e d t h es u p e r p l a s t i cd c ；f o r m a t i o na l s oo c c l l r s1 1 1a w a yo fg r a m b o u n d a r vs i d i n ga c c o m m o d a t e db ye i t h e rg r a i nb o u n d a r yd i f f u s i o no rl a t t i c ed i f f u s i o nf o rt h e e q u a l c h a n n e l a n g u l a r p r e s s e dz k 4 0a l l o y i na d d i t i o n ，t h ed y n a m i cs t r a i na g m g c a r lt a k e 口1 a c ed u r i n gt l l es u p e r p l a s t i cd e f o r m a t i o no ft h ez k 4 0a l l o y a n df o rt h ez k 4 0 3 pa l l o y ，t h e f l u c t u a t i o ni nt h ef l o ws t r e s sf r o mt h ed y n a m i cs t r a i na g i n gi sm u c hl a r g e rt h a nt h a tf o rt h e z k 4 0 1 pa l l o y k e yw o r d s ：e x t r u d e dm a g n e s i u ma l l o y s ：t e n s i l ep r o p e r t y ；l o w 。c y c l e f a t i g u e ； s u p e r p l a s f i e i t y v 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文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 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 大连理工大学博士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名 导师签名 蚕锈苦w 盥篁瘦 j ”nj 年7 月2 d 日 大连理工大学博士学位论文 1 变形镁合金概述 1 1 镁及变形镁合金的性能特点 i 1 1 晶体特性 在镁的晶体结构中，镁原子呈密排六方排列，对称性差。镁的晶格参数a = o ，3 2 0 i 吼， c = o 5 2 1n n l ，轴比c a 值为1 6 2 8 ，接近理想的密排值1 6 3 3 ，室温状态下滑移系少， 形变时只有3 个几何滑移系及2 个独立滑移系( 而铝合金则有1 2 个几何滑移系及5 个 独立滑移系) f 1 。低温下，镁及其合金主要沿( o o o i 基面上的 方向滑移和沿 l o t 2 面孪生，塑性变形能力差，使冷变形较为困难当温度升高到2 5 0 c 以上，则棱 柱面 1 0 t o 和棱锥面 1 0 i 1 ) 也变成滑移面，提高了塑性。所以，在2 3 0 , - , 3 5 0 1 2 可进行 温加工。在3 0 0 - 5 0 0 可以挤压、轧制和锻造。 1 1 2 物理性能 纯镁的密度为1 7 3 8 9 c m 3 ，镁合金的密度仅为1 7 5 1 9 0 9 c m 3 ，是铝合金的2 3 。钢 的i 4 ，被认为是当前在结构材料中最轻的金属。镁合金的强度接近铝合金，而比强度 ( 等重量时的强度) 明显高于铝合金和钢，它的比刚度( 等重量时的刚度) 与铝合金及 钢相当，但远远高于工程塑料p - , ) l ，因此，镁合金很适宜于作结构材料使用。变形镁合金 的密度比铸造镁合金稍大，但没有具体数据比较。 镁合金弹性模量低。当受外力作用时，依据弹性变形功与弹性模量成反比原理，零 件发生较大的弹性变形，吸收较大的形变功。意味着零件承受震动时能吸收较多的能量， 因而镁合金具有远大于其他合金的阻尼、吸震、减震性能。例如一种含锆的镁合金k i a 在2 0 c 时的减震能力不仅远高于铝合金，而且比灰口铸铁高4 ，6 倍【4 】。镁合金的这一特 性可以减少受震设备机壳的嗓音传递、有效预防零件凹陷性损坏。所以用镁合金材料作 汽车的结构件可减轻汽车在运动中的噪音和震动。 镁及其合金的熔点低( 如纯m g 为6 4 9 。c ) ，由于熔点低，可以容易地获得较高的 过热温度，所以大多数镁合金的流动性比较好，充型能力优于常用的其他金属。镁的这 一优点可用于压铸薄壁件而不会出现热裂和欠铸等缺陷，制品壁厚可小于0 6 r a m ，面铝 合金制品的最小厚度只能在1 1 2 ，1 5 m m 范围。 镁的体积收缩率大。当温度接近熔点6 4 9 c 时，固态镁的密度为1 6 5 9 c m s ，而液态 镁的密度为1 5 8 9 c 矗。凝固时，纯镁体积收缩4 2 ，而当固态镁从6 4 9 c 降到2 0 c 时， 李锋：挤压变形m g - a l 和m g - z n 系镁合金的力学行为 体积收缩为5 。由于镁在冷却过程线收缩及凝固期间收缩大，导致铸件形成微小分散 小孔，降低韧性。 镁合金的比热值低。与铝合金相比，镁合金的单位热含量低，故可在模具内能更快 速地凝固，从而有效地缩短了压铸件在型内的停留时间。所以镁合金的压铸生产率高， 比铝合金高4 0 - 5 0 ，最高可达铝合金压铸生产率的2 倍【5 】。 镁合金具有高的散热性。其导热能力是a b s 树脂的3 5 0 - 4 0 0 倍，特别适合于制作 元件密集的电子产品。镁合金具有优于铝合金的电磁屏蔽性能以及阻隔电磁波功能，所 以适合于制作发出电磁干扰的电子产品，也可以用作计算机、手机等产品的外壳，以降 低电磁波对人体辐射危害。 我国有关单位曾对国内几种变形镁合金的基本物理性能参数进行了测试，并得到了 其相应的物理性能参数值【6 。 1 1 3 化学性能 纯镁具有较好的耐蚀性，但如果形成合金或者在纯镁中含有f e 、c u 、n i 杂质元素， 会明显降低耐蚀性。其中n i 的危害最大，不能超过5 p p m ，而c u 的则影响小一些，其 含量可允许达到1 3 0 0 p p m 。 镁合金在潮气、淡水、海水及绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀，但镁合金在干燥的 大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、汽油、煤油及润滑油 ( 不含水和酸) 中却很稳定。镁与氧的化学亲和力很强，但表面生成的氧化膜不致密， 液态下该表面更为疏松，故氧化剧烈且容易燃烧。由于镁合金易氧化的性能，它在焊接 时需采用氩弧保护。 1 1 4 力学性能 铸锭经挤压( 或轧制、锻造、 拉拔) 等塑性变形后得到的变形镁 合金，组织显著细化，铸锭中原有 的疏松、气孔、微观内部缺陷被明 显消除，使产品的综合力学性能大 大提高( 见图1 1 ) 。 影响变形镁合金力学性能的因 素很多，有化学成分、铸锭组织、 塑性加工方法( 指挤压、轧制、锻 造或其他技术) 、采用的变形工艺 j _ _ _ 、 f7! 、 i i 1支 变彩镁合 i 1 ， 铸造目 台金 应变量膈 图1 1 变形镁合金与铸造镁合金屈服强度的对t 七t g f i g 1 1c o m p a r i s o ni ny i e l ds t r e n g t hf o rw r o u g h ta n d e a s tm a g n e s i u ma l l o y s 一2 一 瑚 抛 哪 m 卯 。 毒q鼍q号毯壤磷暖 大连理工大学博士学位论文 ( 如温度、变形速度、变形比等) 以及热处理、供货状态等等，从而增加了对它展开深 入研究的难度。文献 6 - 8 ，1 0 给出了我国多种牌号变形镁合金采用不同加工方法制出不 同形状产品在几种供货状态下的室温力学及高温拉伸性能。尽管不够系统与全面，但也 可称之为十分难得的数据。 1 1 5 切削加工性能 镁合金具有良好的机械加工性能。镁合金的切削阻力小，约为钢铁的1 1 0 ，铝合金 的1 3 。切削速度大大高于其他金属，切削加工时间短，刀具使用寿命长。镁合金的机 械加工能量仅为铝合金的7 0 ，且不需要机械磨削和抛光、不使用切削演也能得到优良 的表面光洁度，并极少出现积屑瘤。此外，镁合金具有良好的断屑特性及温度传导性， 可免去使用冷却液或润滑液。 1 2 变形镁合金的分类、牌号 1 2 1 变形镁合金的分类 按化学成分不同，变形镁合金主要分为m g - a 1 、m g - z n 、m g - r e 、m g - l i 、m g - m n 、 m g - t h 六大系列。为了获得更好的性能，往往在二元系基础上再加入其他合金元素。所 以，工业上使用的多属于三元乃至四元镁合金。 ( 1 ) 镁铝系 铝在此类合金中占据重要位置，它的含量( 除m g 外) 是最多的按a s t m 规定， 这一牌号的名称用舢的“a ”字母打头表示。这类合金含有四个系列：a z ( m g h a z n ) 系列、a m ( m g a 1 一m n ) 系列、a s ( m g a 1 - s i ) 系列和a e ( m g - a i - r e ) 系列。 a z 系列镁合金的主要成分除m g 以外，含有a l 、z n 。少量的z n 可以增加越在 m g 中的溶解度，提高础的固溶强化作用。在m g - a 1 z n 系合金中，a 1 z n 比是值得重 视的一个参数：当a l 量较低( 8 ) 时，随盈含量增加，抗拉强度提高，伸长率下降。 为了获得具有良好综合力学性能的m g - a i - z n 系合金，a 1 、z n 含量应有合适的比例。这 类合金具有均衡的力学性能、铸造性能和耐蚀住，其屈服强度最高，般用于制造形状 复杂的薄壁压铸件，典型牌号是a z 9 1 。通过加入质量分数o 2 的m n 来提高防腐蚀性 能，使其成为应用于室温条件下最基本的压铸镁合金但是，a z 系列合金抗蠕变性能 差。加入r e 、s i 、c a 形成热稳定性弥散相，可提高此类合金的抗蠕变能力【】。此外， 发现s b 、s n 、b i 也是改善m g - h a 系合金抗蠕交性能的元素【1 2 - 1 4 。 a m 系列镁合金具有优良的韧性和塑性，用于经受冲击载荷、安全性较高的场合， 典型牌号是a m 5 0 和a m 6 0 。a z 9 1 和a m 6 0 镁合金构成了汽车上镁合金应用量的9 0 。 李锋：挤压变形m g - g l 和m g - z n 系镁合金的力学行为 a s 系列是耐热压铸镁合金【l 】。a s 系列镁合金具有较好的抗蠕变性能，典型牌号为 a s 4 1 和a s 2 1 合金。a s 4 1 在1 7 5 时的蠕变强度要高于a z 9 1 和a m 6 0 ，且有较好的伸 长率、屈服强度和很高的抗拉强度。 a e 系列镁合金是一种含有稀土的m g - a 1 合金【1 1 。在m g a 1 系合金中加入l 左右 的r e 会形成含r e 的化合物，如a h r e 或a 1 2 r e 相。由于r e 与a l 结合生成r e - a i 化合物，减少了m g 与舢形成低熔点相m g l t a i l 2 的数量，有利于提高m g - 脚系合金的 抗蠕变性能。a e 系列具有比a s 系列更好的抗蠕变性能，其中的a f t 2 应用于汽车动力 系统上颇受青睐。 ( 2 ) 镁锌系 m g z n 系合金主要包括z k ( m g - z n - z r ) 系列、z e ( m g - z n - r e ) 和z c ( m g - z n - c u ) 系列。此类镁合金是不含烈，而含z n 的合金。 z k 系列合金铸件中常常存在显微孔洞等问题，故很少在铸造状态下应用。含z n 、 z r 的z k 变形产品的发展前途较好，如挤压十时效后的z k 6 0 合金具有o b = 3 6 0