精品资料（2021-2022年收藏）航空航天镁及镁合金应用

1、“航空航天、交通运输用高强镁合金加工材”类中，关键领域“航空航天”此方向下，具体产品（技术）名称中3类铸件锻件、挤压变形材、板带材，我公司是否有能力按照“产品（技术）要求”进行生产，并按照产品（技术）要求中的指标能生产的具体产品名称或方向各是哪些。1 镁合金锻件运用领域 在大多数工程应用中，通常要求零件拉伸性能具有各向同性。因此，必须对镁合金铸锭坯进行不同方向的镦粗。使用三轴锻造可以控制镁合金三个方向上的镦粗过程，能有效避免各向异性。采用上述工艺可制备出的镁合金锻件，已成功地应用于航空、汽车等工业领域。比如，直升机及赛车发动机用镁合金锻件、直升机用镁合金锻件、箱罩用镁合金锻件，镁合金轮毂这些部

2、件能承受极高的静态和动态交变载荷，并长期服役高温环境中。二锻造用典型镁合金1.几种常用变形镁合金牌号和机械性能及其在航空领域的应用锻造常用镁合金是Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr和Mg-Mn系，其他的还有Mg-Th、Mg -Re -Zn -Zr 和Mg-Al-Li系等。Mg-Al-Zn系合金一般属于中等强度、塑性较高的变形材料。按照ASTM标准，该系中常用的镁合金有AZ31B、AZ61A、AZ80A，我国与此相当的牌号分别是MB2、MB5、MB7。但是，Mg-A1-Zn系合金铸锭的实际晶粒尺寸不适于铸造后直接锻造，因此锻造前有必要对铸锭进行预挤压，以获得合乎要求的细晶组织，提高合金的可锻性。

3、早在上世纪90年代李相容基于MB2制订出了镁合金的合理锻造工艺规范，随后国内很少有利用该系镁合金研制或生产镁锻件的报道。据悉俄罗斯已拥有用成套镁合金熔炼锻造生产线专利及专有技术，进行MA21(相当于我国牌号的MB3)镁合金锻造汽车轮毂和摩托车轮毂生产。MB2是Mg-Al-Zn系不可热处理强化的变形镁合金。合金在室温下工艺塑性差，高温时塑性好，因此合金的压力加工工序必须在加热状态下进行。合金的切削加工性能、焊接性能良好，应力腐蚀倾向小，耐蚀性能较好。该合金可加工成形状复杂的锻件和模锻件，制成的零件可在150以下长期工作和在200下短时工作.Mg-Zn-Zr系一般属于高强度材料，变形能力不如Mg-

4、Al-Zn。 按照ASTM标准，Mg-Zn-Zr系常用的牌号有ZK21A和ZK60A，是工业变形镁合金中强度最高、综合性能最好、应用最广泛的结构合金。该系合金由于Zr的存在及细化作用，其镁合金铸锭可以直接进行锻造，改变了传统的采用一次挤压坯料来生产锻件的工艺流程，从而简化制备镁合金锻件的生产工艺，降低消耗。目前，国内Mg-Zn-Zr系镁合金锻件的研制都是基于MBl5合金的。1997年，我国航空工业总公司的研究者尝试了以MB26(由MBl5添加稀土元素钇而成)高强度稀土镁合金铸锭直接锻制装机零件来改变传统挤压棒材的模锻新工艺，结果表明，用该合金铸锭直接锻制飞机零件，无论从工艺角度、力学性能角度和

5、实际应用角度看都是完全可行的，而且效果较佳。Mg-Zn-Zr系合金现在有MB15、MB22和MB25三种牌号，MB15、MB25属高强度镁合金。由于工艺塑性低于中等强度的MB2、MB8合金，因此生产的品种限于挤压制品、锻件和模锻件。MB15、MB25合金切削加工性能良好，焊接性能差。MB15是Mg-Zn-Zr系可热处理强化的高强度变形镁合金。该合金的工艺塑性低于中等强度的MB2、MB8合金，因此生产的品种限于挤压制品、锻件和模锻件。合金热成形后通常在人工时效状态下使用，其室温强度、屈服强度优于其他镁合金，且切削加工性能良好，但焊接性能较差。可用于125以下工作的零件，如飞机长桁、操纵系统零件、

6、航空轮毂等。 MB25是Mg-Zn-Zr系高强度变形镁合金，通常不经热处理，于热挤压或热锻压状态下使用，主要用于加工挤压制品及模锻件，室温拉伸强度、屈服强度、高温顺势强度均优于高强度镁合金MB15。这类合金用于制造飞机长桁、操作系统的摇臂、支座等受力构件，可在125以下长期工作。Mg-Mn系合金一般锻压温度为（420±5），即在多相区内进行加工。该系合金在加热温度范围内塑性很高，有很好的可焊性，不能热处理强化，抗腐蚀性能高，可用于对塑性及可焊性要求较高但不承受高载荷的锻件，也可用于抗腐蚀性要求较高的锻件。高强度标准镁合金的主要缺点是塑性低、有应力腐蚀倾向等。向合金中添加少量的Zr，可

7、在很大程度上消除这些缺点，从而具有良好的压力加工性能。参考孙明等人文章可知，加入Zr既可以改善合金的显微组织，又能提高合金的固相点，可在更高的温度下进行压力加工。MB8是镁-锰系不可热处理强化的变形镁合金。合金中加入少量稀土元素铈（质量分数为0.15%0.35%），使晶粒细化而改善了力学性能，合金强度比MB1提高约40MPa。合金具有较高的耐腐蚀性，没有应力腐蚀倾向。切削加工及焊接性能良好，易于氩弧焊合电阻焊。该合金可以制各种规格形状的半成品，可用于飞机蒙皮和壁板以及汽油和滑油系统的零件。制成的零件可在200以下长期工作和在250以下短时工作。 2.镁合金锻造成型工艺的关键因素镁合金的密排六方

8、晶格结构决定了镁合金的塑性变形能力较差，通常，镁合金的可锻性主要依赖3个因素：合金的固熔温度、变形速率和晶粒尺寸。2.1温度通常，镁合金锻造成形在固相线温度以下55左右的高温范围内进行。如果锻造温度过低(低于200)可能形成裂纹、易脆断，难于进行塑性加工。研究发现，镁合金在200以上时塑性明显提高，225以上时塑陛提高更大。但温度过高，尤其在超过400时，易产生腐蚀性氧化及晶粒粗大1引。因此，对大多数镁合金而言，锻造温度须在200400 oC之间，可锻温度范围较窄。目前研究最多的主要有ZK60、AZ31等。镁合金导热系数为157Wm·K，几乎为铸钢(导热系数为80Wm·K)

9、的2倍，导热系数较大，并热熔较低，接触模具后降温很快，变形抗力增加，塑性降低，充填性能下降，因此镁合金高的导热性也是锻造过程中亟待解决的难题。基于镁合金锻造温度范围窄的特点，采用等温锻造工艺，能够得到充型饱满，表面质量好，晶粒度尺寸细小均匀，流线分布合理的锻件。2.2变形速率镁合金对变形速率非常敏感。镁合金在较低变形速度下锻造时显示出较高的热塑性，变形速率增大时，镁合金的塑性会显著下降。350条件下AZ80合金的变形速率与成形性的关系，即变形速率增大，成形性降低。但和铝合金等其他材料不同，镁合金锻造特点之一是热锻次数不宜过多，每加热锻造一次，强度性能下降一次，尤其锻前加热温度高、保温时间长，下

10、降到程度更大。对于一些较复杂的镁合金锻件需多次成形时，应逐步降低各次的锻打温度。2.3晶粒实践证明，细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力，同时晶粒的实际尺寸也是决定镁合金铸锭是否可以进行直接锻造的主要因素。所以在镁及镁合金的压力加工中通常要使用细化剂，同时辅以强外场作用，如电场、磁场、超声波、机械振动和搅拌等，效果更佳。对于不能用来直接锻造的合金坯，通常采用大比率预挤压法等进一步细化晶粒。镁合金经晶粒细化后铸件中的金属间化合物相更细小且分布更均匀，从而提高了塑性加工性能，或者至少可以缩短均匀化处理时间、提高均匀化处理效率。但是，镁合金组织细化的研究和应用不够深入，值得进一步研究。3.锻造工艺

11、在锻造过程中镁合金坯料内部的一些微观缺陷得以压合，晶粒得到破碎细化，金属按制品形状流动形成有利的纤维状，因而其力学性能与可靠性得到提高。锻压方法有两种，即开放型的自由锻造法与密闭型的模锻法；按锻坯的温度可分为热锻、温锻及冷锻。但是，镁合金的塑性低，变形能力差，只适于热锻。31镁合金锻件选择标准模锻镁合金宜用挤压坯料 ，也可以用铸坯 ，不过后者的变形能力差一些，最好是用液压锻造机锻造。用单动锤尤其是用双动锤锻造时 ，镁合金 的变形能力会有较大下降，落锤高度宜小一些 。铸造锭坯必须进行均匀化处理，以提高材料的变形能力 。在锻压时必须对锻模进行润滑 ，以防粘镁。锻压镁合金件宜用大型液压 机，如无大型

12、液压机 ，可先在压力机上模锻一次，然后进行补充模锻。32锻压温度上面表格是镁合金的锻压温度规范，保温时间从锻坯表面温度达到锻压温度下限时算起 ；锻压变形 速度为0.2 -2.5 mmm in ；镦粗变形程度为 2.5%-4；拔长时的变形程度为 4-6%。3 国内外镁合金锻造的现状 镁合金自身塑变特性决定其难于锻造成形，制造成本较离，产品价格昂贵。几十年来，镁的锻造产品仅用在很少的几个方面，因此有关镁合金锻造成形方面的研究投入不多，成果也相对较少。20世纪90年代，国内李相容、关学丰、王迪瓒等进行了镁合金锻造方两的初步研究。但仅有哈尔滨的研究者在1998年锻制出尺寸精度、力学性能和高、低倍组织均

13、符合要求的上机匣。但随后的几年没见有该方面的报道。直到2002年的TMS镁讨论会上才展示了汽车上使用的部分镁锻造产品真正的高性能镁合金模锻件仍很少看到。最近几年来。德国、日本、以色列等世界其他国家在镁合金锻造的研究方面涉及较多。2003年KainerKUt报道了由三轴锻造工艺制备出多种能承受极高的静态和动态交变载荷直升机及赛车发动机镁合金锻件，且这些锻件能服役于航空、汽车等工业领域的高温环境中。UvneZ对AZ31和ZK60的锻造成形性进行对比发现。利用传统的开模锻造工艺直接把坯料加热到300-400成形难于获得合格的锻件及合理的表面流线。ShanDB进一步研究认为，精密锻造技术其有少切削、近终成形，比较适合镁合金的锻造生产。由于镁合金的锻造温度范窄常在其固线温度以下55范围内进行锻造。近来，镁合金的等温锻造和半固态锻造工艺正在引起人们的重视。 镁合金锻造产品具有优良的综合性能，可满足多种结构件的需要, 其加工过程少切削，净终成形, 材料利用率高，有非常好的应用前景。镁合金锻造进一步研究的方向主要有以下几方面：(1)进一步完善镁合金锻造工艺的研究，包括成形