镁合金动态塑性变形对拉伸性能的影响

1、镁合金动态塑性变形对拉伸性能的影响专业：材料加工TheEffectsonMechanicalCharacteristicsOfMagnesiumAlloywhenDPDMajor:EngineeringofMaterialsProcessing摘要随着科学技术的不断开展,镁合金在社会经济生活中扮演着越来越突出的角色,研究者们在原有镁合金加工技术的根底上,开展出了许多新的加匚,变形技术.其中,动态塑性变形DrasticalPlasticDeformation,以下简称DPD技术具有高速率,急剧变形的特点：通过此种变形,可以使镁合金得到特定的组织结构和一定的力学性能.动态塑性变形这种加工方法与铸造

2、,锻压等相比,其优点在于：可以更加简便地设置变形参数变形速率,变形程度和变形温度,通过不同的试验,得到所需的微观组织结构等一系列数据.因此,研究镁合金的DPD变形对于了解其加工特性具有重要意义.本次试验所用试样材料为AZ31镁合金,对其进行DPD变形后,通过观察金相组织,进行XRD以及EBSD分析,并利用电子显微镜研尢其动态塑性变形过程中晶粒的改变和组织结构的变化特点,对以下三个主要研究问题进行解释说明：1 .镁合金动态塑性变形对力学性能的影响；2 .镁合金晶粒取向变化与性能之间的关系：3 .影响镁合金变形过程的相关因素.关键词：AZ31：动态塑性变形；DPD；力学性能；季生AbstractA

3、sthedevelopmentofscienceandtechnology,magnesiumalloysareplayingamoreimportantroleinoursocietyandeconomyactivities.Researchershavedevelopedlotsofnewprocessanddefonnationtechniquesofmagnesiumalloys,basingontheoriginalmetliods.Thereinto,theprocessofDynamicPlasticDefonnation(DPD)hasthecharacteristicsofl

4、iiglishainspeedandrapiddefonnation;hitliisway,magnesiumalloyscanhavethewantedmicrostnictiireandmechanicalproperties.Thedynamicplasticdefonnationhasmoreadvantagesandiseasiertosettliedefonnationparameters(strainrate,deformationstrainanddefonnationtemperature),comparedwiththetraditionalmetliodsofcastin

5、gandforging.Tluoughalotofdifferentexperiments,wecangetaseriesofdataandresults,whichincludethemicrostnichireandsoon.Therefore,researchesontheDPDofmagnesiumalloyscangiveusabetterunderstandingofitsproperties.Illtliisthesis,thetestingmaterialisAZ31,wliichisamosttypicaltypeofmagnesiumalloys;Afterthedynam

6、icplasticdefonnation,wecanfindoutsomecharacteristicsaboutthechangingofgrainsandmicrostnictiireduringthedefonnationprocess,bymetallurgicaltests、XRDandScamiingElectronMicroscopeequippedwithEBSDdetector.Andthenexplainthefollowingmajorquestions:1. TlieeffectsofDPDonmechanicalpropertiesofmagiiesiiuiiallo

7、ys;2. Tlierelationshipbetweengrainorientationandpropertiesofmagnesiumalloy;3. Relatedfactorsinfluencingthedefonnationprocess.KeyWords:AZ31;DynamicPlasticDefonnation;Twin;Mechanicalproperties.目录摘要IAbstiactII目录m第一章前言11.1 引言11.2 镁及镁合金介绍31.21 镁及镁合金的根本性质31.22 镁合金的分类51.23 3镁合金的牌号71.24镁的生产工艺101.25镁合金的挤压铸造工

8、艺简介101.26镁合金的防腐方法121.2.7镁及镁合金的应用151.18镁合金产业开展中的问题181.3金属镁塑性变形机制201.3 1金属的晶体学根本知识201.4 .2镁的塑性变形机制261.5 3织构28第二章实验局部292.1 实验材料和实验原理292.2 实验具体过程29第三章实验结果和分析313.1 AZ31试样DPD前的初始组织状态313.2 AZ31试样DPD后组织和力学性能的变化313.2.1 DPD后试样的挛生情况31322DPD后试样织构的变化32323DPD后试样0.方向拉伸的力学性能333.24DPD后试样90.方向拉伸的力学性能34结论36致谢37参考文献38第

9、一章前言1.1 引言人类对钱的熟悉由来已久,且铁元素在自然界中含量相当丰富,1755年,英国人D.Black正式确定了镁的存在.但由于它非常活泼的化学性质,很难以单质形式存在,而且也不易从镁的化合物中被复原,在一段时期内,化学家们以为菱镁矿含有MgCO3经过焙烧后,得到的苦土镁的氧化物是不可再被分解的,而且拉瓦锡在1789年制成的元素表中,就列有这种物质,所以相比于其他常见元素来说,镁被发现的时间较晚.经过半个世纪,到了1808年,英国化学家戴维Davy发现了一种新的金属与氧的化合物氧化镁,并用钾复原白镁氧即氧化镁MgO,终于第一次最早得到了少量的金属镁,从此镁被确定为一种元素,名称定为Mag

10、nesium»元素符号为Mg.镁的英文名之所以叫Magnesium,是由于希腊有个城市叫美格里西亚Magnesia,这附近出产氧化镁.随着科学技术的开展,在1828年,法国人Bussy乂从氯化镁MgCL中将镁别离成金属元素.而真正将镁及其合金应用于工业生产,始于1886年的德国,乂经过20几年的科学实践,研究者们对镁及其合金才有了更进一步的熟悉,终于在1909年,德国人G.Elektron才创制出了一种实用的镁合金,即有名的Elektron合金,这种合金是Mg-Al-Zn系列合金或Mg-Mn系列合金,当时英国人横越大西洋所用的飞船,就是用这种合金建造的,名震一时.1930年,德国Al

11、der工厂第一次将镁合金用于汽车零件：1936年,苏联乂将镁合金用于飞机零件：第一次世界大战期间,镁合金大量用于军事上；第二次世界大战期间,镁合金的用量进一步激增；战后,镁合金主要用于汽车上：到20世纪70年代,镁合金的应用出现了回落：80年代由于能源危机,镁合金的应用乂开始上升,并且对其的熟悉,也有了长足进步.到了现代社会,科学家们越来越熟悉到了镁合金所具有的一些优于其他金属材料的独特性质,20世纪90年代以来,随着市场经济全球化的步伐加快,也拉动了我国镁工业的开展,经过我国研究人员和工作人员长时间的不懈努力,镁合金产业在我国的开展取得了前所未有的成就,据相关数据统计,我国在90年代的十年间

12、,原铁产量增长了37倍,其中19952000这几年原钱的平均增长率一直都保持在15%以上,大大超过了西方以及世界其他地方的增长率.这与我国是镁资源大国的客观背景是密不可分的.镁元素在自然界的含量是非常丰富的,据测算,地壳中镁的含量大约为2.12.7%,在所有化学元素中排名第六位,在金属元素中,仅次于铝,铁和钙元素位列第四.由于铁活泼的化学性质,决定了它不可能以单质形式存在于自然界中,而是以各种化合物的形式存在于海水中,天然盐湖水中和矿石中.据科学家们不完全统计,海水中镁的含量到达了6*10el6吨左右,陆地上的菱镁矿资源有120亿吨左右,水镁石也有几百万吨,这些数据都说明了镁资源的丰富.而我国

13、镁资源的含量占到了全世界总含量的28.3%,位居世界第一,并且以多种形式存在,分布于全国多个范围,山西,河南,吉林,贵州等地区拥有丰富的白云石矿产资源.也由于我国镁资源丰富,故原铁的出口量也居于世界第一,占到了全世界总量的70%多.总结来说,我国的镁产业现状是：资源丰富,生产和出口量大.尽管我国镁合金产业的开展具有明显的先天优势条件,但这也只是在硬件方面的优势,而在镁及其合金的研究及应用这些软实力方面明显落后于其他先进国家.究其原因,主要可以归结为以下三个方面：1.我国镁及其合金研究起步晚,经验缺乏,故而限制了其进一步的应用：2.在社会经济生活中,对镁合金的应用面相比与兴旺国家来说窄很多,国内

14、消费者不够活泼,这就造成了镁产品的出口总是低端,廉价,没有利润可赚；3.我国镁生产技术以及工艺不成熟,镁合金产品质量偏低,国际竞争力弱.这些因素与我国这样一个镁大国的现状存在明显不协调,故大力开展我国的镁产业,对于自主限制和充分利用我国的优势资源,推动国民经济和社会开展具有深远的影响和意义.本文主要研究的方向是镁合金的动态塑性,及其对镁合金力学性能的影响.变形动态塑性变形变形DynamicPlasticDeformation»以下简称DPD是指材料在很高应变速率下发生的塑性变形,通常这类变形发生在高速撞击中.对工程材料而言,研究动态塑性变形的关键并不在于高速的应变,而在于材料发生动态

15、塑性变形后的力学性能.DPD后材料的组织决定了材料的性能,DPD使材料纳米化后,材料的力学性能值得关注,由于当晶粒尺寸处于纳米级时,尺度效应将变得明显,晶格畸变严重,这些因素都将影响DPD后材料的力学性能.镁及其合金在室温下的强度较低,塑性也较差,研窕DPD对镁及其合金的影响可为镁材料加工提供指导意见和方法,提升镁的工业价值.1.2 镁及镁合金介绍1.2.1 镁及镁合金的根本性质1 .镁的物理性质：金属镁具有银白色金属光泽,密度为L738g/cn13；熔点：648.9C,沸点：1090°C：具有延展性,无磁性.2 .镁的化学性质：镁元素位于元素周期表上的IIA第二主族,原子序数：12

16、,电子层数：3,最外层电子数：2,属于碱土金属元素：英文名称Magnesium,化学式：Mg,相对原子质量：24.3030；具有比拟强的复原性,能与水反响放出氢气,在空气中燃烧产生炫目的白光,放热,生成白色固体：纯铁置于空气中,会在其外表生成一层很薄的氧化膜,使空气很难与它反响,并失去光泽.金属镁应贮存在枯燥,低温,通风处,一定要远离热源和火种：预防与氧化剂和易与其发生反响的物质混装在一起运输.3 .铁合金的性质：1 .根本性质简介：镁合金是以镁为基参加其他化学元素组成的合金.其特点是：密度小L8g/cm3左右,比强度高,比弹性模量打,散热好,阻尼减震性能好,电磁屏蔽性能强,耐有机物和碱的腐蚀

17、性好.主要合金元素有：铝、锌、钵以及一些稀土元素,一些合金元素的作用如表L1所示：元素在合金中的作用铝增加台公的机械强度以及硬度,也可以增加凝固区间,使得合金容易铸造.锌增加室温机械性质,具有改善铁、锲造成易腐蚀的效应.镒可增加屈服强度,可改善Mg-ALMg-ALZn系列合金的耐盐雾质.被可以减少镁熔汤外表氧化的程度.钙具有耐燃的作用,预防镁汤剧烈氧化,弱化织构.铜降低镁合金耐蚀性,可改善高温机械性质.铁对镁合金有害,降低镁合金耐蚀性.银如铁一般,对镁合金有害,降低镁合金耐蚀性.锂具有高溶解度,添加至11%以上可以将镁合金转变成bcc的结构,增加室温延展性,并具有时效硬化特性.硅增加镁合金在液

18、态卜的流动性,如合金中同时有铁存在,会降低镁合金的耐蚀性.错具有晶粒细化作用.钮改善镁合金耐潜变性质,增加高温工作温度.稀土可增加高温机械性质,降低焊接热裂,弱化织构.表1.1镁介金中各种含金元素的作用2） .机械加工性能：由于镁合金本身组织结构的原因,其机械加工中的切削阻力要小于其他金属,在机加工时,可以用较快的速度进行加工.下表为镁合金与其他金属切削阻力的比照以镁合金为参照,其切削阻力值为L0：合金名称切削阻力镁合金1.0铝合金18黄铜23铸铁3.5表12一些合金的切削阻力镁合金在切削加工会产生镁屑,镁屑切口处大局部是未氧化的镁和镁合金,由于金属镁性质活泼,属于一级易燃品,着火点低,加上切

19、削薄而小,比外表积大,因此镁屑在空气中遇到高温极易燃烧.在镁合金的机械加工中,为充分发挥刀具的切削性能,提升生产效率和工件质量,一般要求较高的切削速度,而高速切削往往会使金属切屑的温度高达7007000C,当缺乏冷却液的提供时,高温将足以引燃铁屑起火.镁屑一旦起火,其燃烧温度可达3000,并且当镁屑呈粉状时,会与空气混合遇火能发生爆炸.此外,由于镁高温时遇到水可发生化学发应放出氢气,故金属镁火灾中,水、泡沫、四氯化碳等等灭火剂都受到限制,干粉,卤代烷灭火剂的灭火效果不明显,扑救难度大.因此,限制镁合金在切削时的加工状态,对于预防火灾极为重要.第一,要限制好切削速度,切削热的产生与切削速度呈同比

20、列增长,并且在实际生产中我们发现,不同的切削速度会使切屑外表的氧化膜颜色发生变化,因此通过观察切屑氧化膜的颜色,便可估算出个床主轴的平安转速.第二,要正确选择切削液,除非机械构造本身的限制,在镁合金切削加工时应始终充分供给切血液以及时降低切屑温度,考虑到镁的化学性质,切削液的选择应预防采用可燃、具有强氧化性及含水量较高的液体,从而预防冷却液遇到高温铁屑燃烧或反响放热起火.3） .其他功用性能：耐凹陷性能好：与其他金以及合金相比来说,镁合金具有优秀的抗变形水平,对进行冲撞试验,在相同外界条件下,镁合金产生的凹陷要小于其他金属以及合金；具有很好的吸收外部能量性质,即吸能性高：镁合金对冲击和振动具有

21、吸收性,将其使用在驱动和传动装置上时,与其他合金相比,可以明显地降低机械的振动效果；并且当镁合金受到冲击时,可以吸收冲击能量而不会引起材料的断裂.良好的再生性能：镁合金可以简单地进行再生使用,并且再生后其机械性能不会降低；再者,镁合金进行再生熔融时,它所消耗掉的能量,是制备新材料所需要能量的4%.1.2.2镁合金的分类:rMg-Al系列1 .根据合金成分：镁合金通-Zn系列Mg-RE系列变形镁合金2 .根据加工方法：镁合金铸造镁合金3,铸造铁合金：主要合金有：Mg-Zn-Zr,Mg-Al-Zn,Mg-RE-Zi,Mg-Tli-Zr,Mg-Nd-Ag系列.在铸造镁合金中,含稀土元素的合金占总合金

22、的比例到达50%以上,由于在镁合金中参加RE稀土元素,可以提升镁合金熔体的流动性,降卑微孔率,减轻疏松和热裂倾向,并提升耐热性.例如参加稀土元素的ZM5合金,其铸造性能得到了提升,减少了疏松和热裂倾向,也提升了在200c下的蠕变抗力和耐蚀性,这种镁合金用于生产飞机发动机前舱和离心机匣.A1和Zn的含量可以影响模铸性能,在Mg-Al合金中Zn的含量在一定范围内,容易引起热裂.4.变形铁合金：主要合金有：Mg-Zii-Zi,Mg-Al-ZiiMg-RE-ZiMg-Mn,Mg-Li系列.1） Mg-Al系合金：因合金中铝的含量高于4%才有足够数量的Mg17Ali2强化相,故一般来说,铝含量要高于7%

23、才能保证合金有足够的强度.而且在此系列合金中也可以参加其他合金元素以提升合金的综合性能.例如参加Zn,可以提升合金的固溶度,有效提升合金的屈服强度；参加Mn可以提升耐蚀性,消除杂质Fe对耐蚀性的不良影响.常见的AZ系列镁合金有：AZ31,AZ61,AZ81,AZ80等.2） Mg-Zn系合金：Mg-Zn合金中有沉淀强化和Mg2Zn3,其介稳相MgZn2有强化效果：在该系列合金中也可以参加其它元素,以改善合金的综合性能.例如参加少量的Zr元素,可以细化合金组织,改善力学性能；参加Cd和Ag元素,可以增大固溶强化作用：参加RE元素,可以改善工艺性能,但力学性能稍有下降.常见的Mg-Zn系列镁合金有

24、：ZK60,ZAC605,ZM21等.3） Mg-RE系合金：在镁中参加RE稀土元素,可以使镁合金的工作温度提升到250300,使其具有良好的高温强度.例如Mg-Nd中MgpNd有稳定的沉淀强化效应,介稳相MgsNd抗聚集长大水平强,即使在高温下,也能保持较高的强度.参加一定量的Zr元素,可进一步细化晶粒,使组织和性能更稳定,并改善耐蚀性.123镁合金的牌号：国际上按美国ASTM标准划分镁合金,合金牌号通常用4位字符表示,前两位为英文字母,代表合金系中的主合金元素,后两位数字那么分别代表各合金元素的名义成分质量分数,有时也用6位字符表示；具体例如表示方法如下：AZ91D-T6第一局部第二局部第

25、三局部第四局部镁合金的命名规那么主要由ASTM-B275所标准,各局部所代表的含义下表所示：第一局部第二局部第三局部第四局部指示两种主要元素指示两种主要元素含量区别除了两种主要元素外其他元素的不同指示合金状态及性质由两个字母组成,分别代表两种主要元素,含量高的在前面由两个数字组成,分别代表两种主要元素的含量由一个字母组成由一个字母和一个数字组成,和第三局部以隔开A-铝,B物,所有数字经过四舍A-第一种标准成F-制造退火,C-铜,D-镉,E-稀土元素,F-铁,H-他K-错,L-镀,M-镭,N.银,P-铅,Q-银,R-铭,S-硅,T-锡,W-钮,Z-锌五入表示分,B-第二种标准成分,C-第三种标准

26、成分,D-高纯度合金,E-高抗蚀性合金,X-未在ASTM登记的合金0-退火,HMH11-略为应变强化,H23、H24、H26-应变强化及局部退火,T4-固溶处理,T5-只时效处理,T6-固溶后时效处理表13镁合命名中各局部所表示的含义符号含义AFirstcompositions,registeredwithASTMBSecondcompositions,registeredwithASTMCThirdcompositions,registeredwithASTMDHiglipui'ity,registeredwithASTMEHighcoiTOSionresistance,regist

27、eredwitliASThfXExpenmentalalloy,notregisteredwithASTM表14镁介金牌号中微量成分符号的含义GeneralDivisionsFAsfabncated0Annealed,recrystallized(wroughtproductsonly)HStrainhardenedTThemiallytreatedtoproducestabletempersotherthanF,0,orHwSolutionheattreated(unstabletemper)Subdivisionsof“HHlStrainhardenedonlyH2Strainharden

28、edandthenpartiallyannealedH3PlusoneormoredigitsstrainhardenedandthenstabilizedSubdivisionsof“TT1CooledfromanelevatedtemperatureshapingprocessandnaturallyagedT2Annealed(castproductsonly)T3SolutionheattreatedandcoldworkedT4SolutionheattreatedandnaturallyagedtoasubstantiallystableconditionT5Cooledfroma

29、nelevatedtemperatureshapingprocessandartificiallyagedT6Solutionheatti'eatedandaitificiallyagedT7SolutionheattreatedandstabilizedT8Solutionheattreated,coldwork,andartificialagedT9Solutionheattreated,artificialaged,andcoldworkedT10Cooledfromanelevatedtemperatureshapingprocess,aitificialaged,andcol

30、dwored表15镁合金牌号中加工状态符号的含义英文字母表示的合金元素缩写AAluminumAlBBismuthBicCopperCuDCadmiumCdERareeaithmetalsREFIronFeHThoriumThKZirconiumZrLLithiumLiMManganeseMnNNickelNiPLeadPbQSilverAgRChromiumCrSSiliconSiTTinSnWYttriumYYAntimonySbzZincZn表16镁合金中表示合金元素的字母1.2.4镁的生产工艺镁单质化学性能活泼,不能单独存在于自然界中,必须与其他元素组成化合物的形式存在于矿石、海水中.主

31、要含铁矿石有：白云石碳酸镁钙,CaMgCO32、菱镁矿碳酸镁,MgCO3光卤石水合氯化镁钾,KClMgQyH.O；工业上生产金属镁的方法主要有两种：一种是“硅热复原法,另一种是“熔盐电解法.1 .硅热复原法：此种方法是利用硅、碳等复原剂,在高温、减压的环境下,将金属镁从含镁矿石中进行复原,得到镁蒸汽,再经过冷却浓缩后就可得到镁金属.2 .熔盐电解法：对海水进行处理后,从中提取出氯化镁,或者将含铁矿石进行处理后,得到氯化镁,再对氯化镁进行电解以得到金属铁.该过程中的一些化学反响方程式如下：.CaCO3(s)NLqo(s)+CO2(g)T©.CaO(s)+H2O(1)Ca(OH)2(s)

32、(3).Ca(OH)2(aq)+MgCl2(aq)Mg(OH)2(s)X4-CaCl2(aq).Mg(OH)2(s)+2HC1(1)+6H2O(1)MgCl2-6H2O(s)+2H2O0)0.MgCl2-6H2O(s)MgCl2(s)+6H2O(l).MgClKD阳Mg旨+Cl2(g)r1.2.5镁合金的挤压铸造技术简介1 .挤压铸造乂称液态模锻,是一种使液态或者半固态金屈在高压下充型和凝固的精确成形铸造技术.这种工艺有效地提升了铸件的补缩和成形水平,预防和减少了气孔等铸件缺陷,提升铸件的力学性能,适用范围广,节约能源等优点.目前,这种工艺在国际上己经广泛用于汽车、摩托车等重要平安和高性能零件

33、的生产,在能源H趋紧缺和力学性能要求日益提升的将来具有重要应用前景.挤压铸造设备的改良是挤压铸造工艺得以推广的重要条件.目前,世界各国进行挤压铸造生产的各种液压机大致有1000台,先进的专用挤压铸造设备主要分布在日、美等兴旺国家,以日本最多.挤压铸造机大致开展成三类：1).挤压铸造方式从传统的直接挤压和间接挤压单一方式走向复合式,兼有两种方式的优点,形成适用范围更广的新型挤压铸造工艺,乂如,与压铸及半固态铸造方式相融合,形成挤压铸造工艺和半固态挤压铸造.2).浇注方式及浇注系统装置注重提升浇注自动化水平和改善浇注条件,开发出高精度的液压限制阀和闭环限制的压射系统,建立专用高效的浇注系统：3).

34、合模力规格多样化,对压射系统的压力限制方法进行改良,提升其限制精度及稳定性,实现对挤压过程的精确限制,拓宽设备挤压速度和挤压压力的范围.关于挤压铸造新产品的开发,各国均遵循如下方向：1).取代常规的压铸工艺,使其有更致密的组织,可固溶热处理,并提升其力学性能或提升其耐磨性、抗渗漏性：2).取代砂型、金属型铸造,使铸件内部组织更致密,外表轮廓清楚,尺寸精度高；3).取代锻造、热挤压等工艺,以降低本钱,简化工艺.最近,口本宇部公司在挤压铸造机上进行了铝合金和镁合金的半固态挤压铸造方面的研发工作.气开发的半固态匚艺流程是：首先将金属液在高精度控温式熔化保温炉中熔化,在稍高于金属熔点温度下浇入用于保温

35、的中间容器中,然后通过限制气流,将中间容器中的半液态金属的温度调节到所需温度,并预防过冷,随后将中间容器中的半固态浆料倒置注入倾斜杯中,这样就可使氧化层保存在杯中挤压头的外表,比预防进入铸件中；然后,挤压头将半固态浆料压入型腔中成形,以实现压力下凝固成铸件.用此种工艺生产的铸件,比常规挤压铸造有更致密的组织和更好的性能,并且可以形成更薄壁的铸件.2 .镁合金压铸中常见的缺陷与解决方法1） .内部缺陷与解决方法巢孔：形成原因：内部形成内巢孔,巢孔主要由于厚壁局部溶液供给缺乏,憋在里面的空气导致.抑制举措：降低溶液温度：增加铸造压力；浇注口优化.填充缺乏：形成原因：死角难于填充完整.抑制举措：加大

36、浇注口道的容量,变化浇注口位置；提升模温或缩短浇注周期.成分不均匀：形成原因：镁溶液成分不符合标准；模具温度分布不均匀；模具设计不合理.抑制举措：调整合金成分；更改模具内油管位置：修改模具.2） .外部缺陷与解决方法冷接纹：形成原因：溶液先头氧化膜形成,导致在最后合流点的地方无法充分熔合而凝固:溶液温度、模具温度太低；射出杆速度缺乏.抑制举措：升高模具和溶液温度,增加射出速度：增加浇注口的面积,喷流的合流处增加溢流井；移动浇注口位置,适当摆放排气道.脆性：形成原因：合金过热太大,或保温时间过长；剧烈遇冷,结晶过细：A1含量过多.抑制举措：合金不宜过热；提升模具温度,降低浇注温度；严格限制合金成

37、分在合格范围内.裂纹：形成原因：合金中A1和Si含量高；模具温度过低或过高：铸件壁厚变化剧烈:顶出和抽芯受力不均；模面粗糙.抑制举措：降低Al、Si含量；调整模具温度；更改铸件结构,调整型芯和推杆,使铸件受力均匀；模面抛光.缩孔、缩松：形成原因：凝固过程中,内部补偿缺乏导致；浇注温度过高,内浇道较小,压射比压缺乏；铸件在结构上金属积聚部位和截面变化剧烈.抑制举措：在可能的条件下降低浇注温度：提升压射比压；适当改变浇注系统,使压力更好的传远.126镁合金的防腐方法1 .化学处理：镁合金的化学转化膜按溶液可分为：铭酸盐系、有机酸系、磷酸系、KM11O4系、稀土元素系和锡酸盐系等.传统的铝酸盐膜以C

38、r为骨架的结构很致密,含结构水的Cr那么具有很好的自修复功能,耐腐蚀性很强.但Cr具有很大的毒性,废水处理本钱较高,开发无路转化处理势在必行.镁合金在KMnO4溶液中处理可得到无定型组织的化学转化膜,耐蚀性与珞酸盐膜相当.碱性锡酸盐的化学转化处理可作为镁合金化学镀锲的前处理,取代传统的含Cr、F或CN等有害离子的工艺.化学转化膜多孔的结构在镀前的活化中表现出很好的吸附性,并能改变镀锲层的结合力与耐蚀性.有机酸系处理所获得的转化膜能同时具备腐蚀保护和光学、电子学等综合性能,在化学转化的新开展中占有很重要的地位.化学转化膜较薄、软,防护水平弱,一般只用作装饰或防护层中间层.2 .阳极氧化：阳极氧化

39、可得到比化学转化更好的耐磨损、耐腐蚀的涂料基层涂层,并兼有良好的结合力、电绝缘性、耐热和冲击等性能,是镁合金常用的表而处理技术之一.传统镁合金阳极氧化的电解液一般都含铭、氟、磷等元素,不仅污染环境,也损害人体健康.近年来研究开发的环保型工艺所获得的氧化膜耐腐蚀等性能较传统工艺有大程度的提升.优良的耐蚀性来源于阳极氧化后的Al、Si等元素在其外表均匀分布,是形成的氧化膜有很好的完整性和致密性.一般认为氧化膜中存在的空隙是影响镁合金耐腐蚀性的主要因素,研究发现通过向阳极氧化液中参加适量的硅铝溶胶成分,一定程度上能够改善氧化膜层厚度、致密度,降低孔隙率.而且溶胶成分会使成膜速度出现阶段性快速和缓慢增

40、长,但根本上不影响膜层的X射线衍射相结构但阳极氧化膜的脆性较大、多孔,在复杂I：件上难以得到均匀的氧化膜层.3 .金属涂层：镁及镁合金是最难镶的金属,其原因有以下几个方面：1镁合金外表极易形成的氧化膜不易去除干净,严重影响镀层结合力：2镁的电化学活性太高,所有酸性镀液都会造成镁基体的迅速腐蚀,或与其他金属离子的置换反响十分强烈,置换后的镀层结合十分松散：3第二相如稀土相,Y相等具有不同的电化学特性,可能导致沉积不均匀；4镀层标准电位远高于镁合金基体,任意一处通孔都会增大腐蚀电流,引起严重的电化学腐蚀,而镁的电极电位很小,镀膜时造成针孔的析氢很难预防；5镁合金铸件的致密性都不是很高,外表存在杂质

41、,可能成为镀层孔隙的来源；因此,一般采用化学转化膜法先浸锌或镐等,在镀铜,然后再进行其他电镀或化学镀处理,以增加镀层的结合力.镁合金电镀层有Zn、Ni、CuNiCr、ZnNi等涂层,化学镀层主要是NiP、NiWP等镀层.单一化学镀银层有时缺乏以很好地保护镁合金,有研究通过将化学镀Ni层与碱性电镀Zn-Ni镀层组合,约3511m厚的镀层经钝化后,可承受800-1000h的中性盐雾腐蚀.也有人采用化学镀锲作为底层,再用直流电镀银能得到微晶锲镀层,平均结晶颗粒大小为40mn,因晶粒的细化而使镀层孔隙率大大降低,结构更致密.电镀或化学镀是同时获得优越耐蚀性和电学、电磁学和装饰性能的外表处理方法.缺点是

42、前处理中的Cr、F及镀液对环境的污染严重：镀层中多数含有重金属元素,增加了回收的难度和本钱.由于铁基体的特性,对结合力还需要改善.4 .激光处理：激光处理主要有激光外表热处理和激光外表合金化两种.激光外表热处理乂称为激光退火,实际上是一种外表快速凝固处理方式.而激光外表合金化是一种基于激光外表热处理的新技术.激光外表合金化能获得不同硬度的合金层,具有冶金结合的界而.利用激光辐照源的熔覆作用在高纯镁合金上还可以制得单层和多层合金化层.采用宽带激光在镁合金外表制备CiiZrAl合金熔覆涂层时,由于涂层中形成的多种金屁间化合物的增强作用,使合金涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐腐蚀性.而由于稀土

43、元素Nd的存在,在经过激光快速熔凝处理之后得到的激光多层涂敷,晶粒得到明显细化,能提升熔覆层的致密性和完整性.激光处理能处理复杂几何形状的外表,但镁合金在激光处理时容易发生氧化、蒸发、汽化、气孔以及热应力等问题,设计正确地处理工艺至关重要.5 .其他处理：1离子注入,是在高真空环境下,在10到几百KV电压的静电场作用下,经加速的高能离子Al、Cr、Cu等以高速冲击要处理的外表而注入样品内部的方法.注入的离子被中和并留在固溶体的空位或间隙位置,形成非平衡外表层.有研究认为耐蚀性能的提升是由丁自然氧化物的致密化、注入离子的辐射和形成镁的氮化物的结果.所得改性层的性能与所注入离子的量和改性层的厚度有

44、关,而基体外表的MgO对改性层的耐蚀性能的提升也有一定的促进作用.2气相沉积,即蒸发沉积涂层,有物理气相沉积PVD和化学气相沉CVD两种.它是利用能使镁合金中的Fe、Mo、Ni等杂质含量大幅度降低,同时利用涂层覆盖基体的各种缺陷,预防形成局部腐蚀电池,从而到达改善防腐性能的目的.3与镁合金的其他外表处理技术相比,有机涂层保护技术具有品种和颜色多样、适应性广、本钱低、工艺简单等优点.目前广泛使用的主要是溶剂型的有机涂料.粉末型的溶剂涂料因无溶剂和具备污染少、厚度均匀以及较佳耐蚀性等特点,近几年来在汽车、电脑壳体等镁合金部件上的应用较受欢送.4镁合金压铸件由于锁模力缺乏、合模不良、模具强度缺乏、熔

45、汤温度太高等问题会出现外表有毛刺的现象,这种现象叫做产品披锋往往是企业必须要面对的后处理加工匚序.目前,主要是根据产品性质,运用手工打磨、氢氧爆炸以及昭陵冷冻抛丸机去解决.1.2.7镁及镁合金的应用1 .镁的应用：金属镁有活泼的化学性质,常被用作复原剂,可以去置换钛Ti、错Zr、铀U、钺Be等金属.其在空气中燃烧时,能够放出耀眼的亮光,所以也被用来制成烟花烟火,闪光粉,照明弹等.在体育运动中,体操运发动在比赛前常常会在手上涂一种粉末,来增加摩擦力,这种白色粉末就是碳酸族MgCO3o镁的结构特性类似于铝A1,具有轻金属的一般性质,主要用于制造轻金属合金,在航空,电子,通讯,汽车,等领域应用广泛.

46、镁元素除了在工业上具有重要用途,在医学和生理学上也有重要地位.科学家们研究发现,镁是人体所必需元素,属于矿物质的常量元素,大局部镁元素存在于骨骼和牙齿中,约占到人体镁元素总量的6065%；其次存在于软组织中,约占总量的27%；还有1%左右以镁离子的形式存在于细胞内.其在人体中的生理作用主要有1.有助于骨骼的生长：其在骨骼中的作用仅次于钙Ca、磷P,是骨骼所必需的结构和功能元素,对骨骼的形成和骨的再生有重要促进作用,并是维持骨锵和牙齿密度和强度的元素.2.是酶的激活剂：参与300种以上的酶促反响,在核酸代谢、蛋白质合成、糖酵解、脂肪酸氧化等方面需要有镁离子的参加.3.是调节神经肌肉的兴奋剂:神经

47、肌肉的兴奋性,需要镁、钙、钾离子的协同维持,如果血液中的镁含量过低,会导致兴奋性增高,反之那么会有镇静作用.人之所以活着,可以走、跑、跳、运动以及有其他一些生命体征,是由于人体内部无时无刻地不在进行各种各样,形形色色,一系列复杂的生物和化学反响以维持生命活动,而这些生物化学反响的进行离不开生物催化剂,即促醐的帮助：科学家们研究发现,镁可以影响到人体300多个酶促反响的进行,故镁被称为生命活动的激活剂也是当之无愧的.生活中,一些人在夜里睡觉时,腿部会不自觉的发生“抽筋现象,这在医学上称为“抽搐病,当夜里受凉时,此种情况较多发生.人们往往认为出现这种状况是由于缺钙,不过从人体所需的矿物及微量元素方

48、面看,缺镁也会引起这种病症.一般男性成年人每天对镁的摄入量为350亳克,女性为300亳克：在正常的饮食情况下一般不会出现缺钱的状况,假设出现缺钱现象,专家建议使用一些镁含量丰富的食物：谷类、豆类、绿色蔬菜、蛋黄、香蕉、牛肉、猪肉等.经常饮酒,酒精中毒的人通常都有缺镁现象,而常喝浓茶、咖啡的人群最好在日常饮食中多摄取镁.2 .镁合金的应用：镁合金作为目前工程应用中比重最轻的金属合金材料,可与刚、铝、塑料等材料在用途上进行互补,表1.7列出了镁与其他金属在物理以及力学性质上的比照.镁合金在交通工具,3c产品,通用机械,国防军工等领域都有着重要应用.性质镁得钢密度g/cm31.82.779比阻尼系数

49、-60%10%表17镁的物理和力学性质根据相关数据显示,汽车的质量每下降10%,油耗可降低6*8%,燃油效率可提升5.5%°据国际镁协IMA预测,镁合金在普通轿车上的应用可望超过150公斤,实现减重约10%,可以显著降低油耗和减少尾气排放.镁合金在国防军工方面的应用也前途开阔,地面军.辆每减轻100kg,可以节省燃料5%；导弹质量减重1kg,可以少用10kg燃料；而导弹的弹头减重1kg,那么可以增加1275公里的射程,或者相当于起飞重量可以减少50kg；航天飞行器质量每降低1%,发射燃料可以节约4kg.随着国内汽车行业和3c等行业的转型开展,以及中国在国际经济活动中越来越突出的奉献,

50、镁合金行业前景看好.其中,人们对汽车制造轻量化,环保化的开展趋势愈加关注,镁合金作为金属材料中比重最轻,比刚度最高的材料应用于汽车构件的可能性显著表达.此外,镁合金行业在中国有色金属和制造匚业的升级过程中得到实惠,作为资金,材料密集型行业,镁合金原材料价格能保持稳定和较低水平,铸造件行业的整合集中、技术研发的进步等都将对镁合金行业的开展提供有利帮助市场较为看好.镁合金的根本特点是：密度低,比性能好,导电导热性能好,减震性能好,电磁屏蔽性能好：耐腐蚀性差,易于氧化,耐热性差.镁合金与塑料相比,其比重虽然高于塑料,但是单位重量的强度和弹性率要高于塑料,所以在材料需要相同强度条件下,铁合金材料可以做

51、的比塑料薄而且轻；此外,由于镁合金的比强度高于铝合金和铁,因此,在不减少材料强度的情况下,镁合金材料制成的零部件可以比其他两者制成的重量轻.镁合金的熔点低干铝合金,压铸成型性能好,压铸件壁厚最小可达0.5mm,适合于造汽车各类压铸件；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,屈服强度和延伸率与合金也相差不大.但镁合金的线膨胀系数很大,到达2526gin/m,而铝合金那么为23pm/m*'C,结构钢为12jim/m-,C,铸铁约为lOgm/nrC,黄铜约为20|un/m-.由于镁合金具有密度小,比强度高和一定的耐腐蚀水平,也常用来做照相和摄影设备的

52、骨架.一般中高端及专业数码单反相机都采用镁合金做骨架,不仅巩固耐用,还具有优美的外形和良好的手感.如佳能的1D系列、5D系列、7D系列和10D-50D；尼康的D3系列、D700、DXOO系列及D7000；宾得的K7和K5等都是镁合金机身.采用镁合金材料做骨架的相机和摄影设备不仅是准专业和专业级别的象征,也具有不菲的价格.镁合金还有一个重要特性就是,在弹性范围内,可以充分吸收外界冲击能量,高于铝合金,所以镁合金具有良好的抗震和减噪性能.据相关实验发现,在相同的载荷条件下,镁合金的减震性是铝合金的100倍左右,钛合金的300500倍：假设在风扇的风叶上使用铁合金的话,可以到达减少震动和降低噪音的效

53、果：此外,在汽车平安方面,为了使汽车在受到撞击时能够吸收更多的冲击能量,在汽车的座椅和方向盘等地方使用镁合金,可以有效地减小对车内人员的伤害,提升汽车的平安性能.表L8为一些铁合金在汽车上的应用：合金牌号特征应用范围AM60B延伸率和抗冲击力大汽乍上的方向盘和座椅AM50A延伸率和抗冲击力大汽车上的方向盘和座椅AS41B抗蠕变性能好汽车上的减速箱等表18镁合金在汽车上的应用目前,全国六大镁合金基地建设已经初具规模,形成了宁夏一一盐湖镁资源开发,辽宁一一氧化镁及铁矿开发,深圳一一铁合金压铸设备,上海一一汽车工业应用,重庆一一镁合金汽车、摩托车制造,青岛一一信息和通信产品开发的布局.1.2.8镁合

54、金产业开展中的问题如前所述,中国是原镁和镁合金生产大国,原镁产量占世界总量的80%以上；但镁合金材料在社会经济生活中的用量和比例相比其他金属材料来说,规模还很小,表L9列出了2021年全球不同金属产量的比照：合金产量镁合金30万吨铝合金1600万吨钢铁15亿吨表1,92021年全球局部金属产量镁合金产业开展存在的主要问题有：1.高性能镁合金镁-稀土系合金的制造材料本钱较高：2.镁合金的制备加工本钱高；3.镁合金的耐腐性能差,防护本钱高.这些问题,都严重制约着镁合金材料的大规模应用,所以进一步提升材料的性能和降低原材料本钱是实现规模化应用的关键.合金系应用现状原材料价格改善方面Mg-Al系镁-铝

55、工业化程度最高,应用最为普遍,时效强化效果较低.18-2万元/吨进一步提升性能.Mg-Zn系镁-锌工业化程度和应用的普遍性仅次于Mg-Al系合金,但时效强化效果好于Mg-Al系合金.4万元/吨Mg-RE系镁-稀土具有最高的室温及高温性能,但匕重增力口、材料及加工本钱极高,主要用于军工等特定领域的高端需求.20-30万元/吨降低或替代昂贵的稀土元素.表1.10镁合金材料的性能与本钱由上表1.10可以看出,稀土系镁合金的生产本钱远高于其他合金系,但稀土系镁合金的性能也显著优于其他合金系.所以降低镁合金材料本钱的有效途径是限制稀土元素的参加,少用或尽可能不用稀土元素,稀土合金化成为目前镁合金规模应用

56、的一个瓶颈.镁合金可以由锭坯加工成型材、板材和锻件.但镁合金的塑性加工性能差,形变加匚效率和成材率低,加工本钱高,板材和型材为铝合金的530倍,锻件也达37倍；而且大尺寸锭坯成材率也低,制备本钱为铝合金的37倍.产品种类锭坯型材板材锻件以轮毂为例镁合金10-204g50100-200150-200铝合金0.3-0608-1.50.51.540-5.0Mg/Al比37倍5To倍20-30倍34倍表111镁合金与铝合金加工费用比拟万元碗由上表1.11可以看出,镁合金的制备加工本钱费用相对较高,这也是制约镁合金大规模应用的关键瓶颈之一.镁合金的腐蚀防护也是制备优良镁合金中的一项重要工艺.镁的电极电位E=2363V,其形成的氧化膜不致密；铝的电极电位E=1.660V,而且形成的氧化膜致密.所以在镁合金的防护涂层中,