AZ31B 镁合金挤压工艺研究 黄光胜, 汪凌云, 范永革金属成形工艺Vol. 20 №. 5 2002:11-14 镁及镁合金是所有金属结构材料中最轻的,其密度只有1. 74g/ cm3 ,是铝的2/ 3 ,比钢轻78. 1 %。与其它金属材料以及工程塑料相比,镁合金具有很高的比强度和比钢度。镁合金已被誉为21 世纪的金属,近年来在汽车、航空航天、电子工业领域获得了迅速的发展,而且发展前景越来越好[1 , 2 ] 。作为一种新兴金属材料,镁的现有使用状况远没有充分发挥镁合金材料的潜在优势, 镁合金在实际工业应用方面的发展远不及铝合金和钢铁工业,其规模只有铝业的1/ 50 ,钢铁工业的1/ 160[3 ] 。其主要原因是: (1) 作为工程材料,大多数的镁结构件都来自压铸这一种加工方式,限制了产品品种和类型; (2) 应用范围小,镁压铸件的80 %来自汽车工业,而且90 %又是室温使用的结构件,且主要局限于小体积零件。 由于镁的晶体结构为密排六方,塑性不及面心立方结构的铝,塑性成形能力差[4 ] ,因而镁合金在压铸成形领域优先得到重视和发展。变形镁合金与铸造镁合金相比,有更优良的综合力学性能,因此为了推动镁合金在航空、航天、汽车、摩托车等领域内的大量应用,发展我国的镁工业,必须大力开发变形镁合金及其生产工艺。对镁合金的挤压工艺进行了生产性试验研究。 1 实验方法及挤压参数的确定 1. 1 实验方法 试验合金为AZ31B ,其成分为表1。在油炉中熔炼,所用原料为Mg(1 级) ,Al (1 级) ,Zn (1 级) ,Al-10 %Mn 中间合金。熔炼过程中采用熔剂保护,石墨模铸造。棒材与型材铸锭尺寸为 <108mm ×250mm ,管材铸锭的尺寸为( <117mm/ <35mm) ×260mm。铸锭均匀化处理温度为400 ℃,保温时间为12h。铸锭均匀化处理后,车外皮,再挤压。 棒材与型材在1250t 卧式挤压机上成形,管材在600t 的立式挤压机上成形。挤压温度定为400 ℃,挤压筒和模具温度比挤压温度低,取380 ℃。为满足组织和力学性能要求,一般挤压比λ≥8 ,棒材的λ为10 ～25 ,管材、型材的λ为10 ～45。选择挤压速度为1 ～2. 5 m/ min。对铸锭和挤压出的棒材、管材、型材取样,在OLYMPUS 金相显微镜上进行微观组织观察。在WE2100 万能材料试验机上对棒材、管材、型材进行室温力学性能测试。 1. 2 挤压参数的确定 (1)挤压温度的确定。 挤压温度是挤压参数中最活跃的因素,它不但影响挤压过程的进行,还影响收得率、产品的质量以及力学性能等。从理论上考虑,应根据合金的相图、塑性图、和再结晶图[5 ] ,即挤压温度应低于合金的固相线高于再结晶温度,并且是塑性较好的温度,但实际上远比此复杂,尤其对镁合金而言,它易烧、易爆,需要格外注意。根据以上因素综合考虑,将镁合金的挤压温度定为300～450 ℃ [6 ] ,挤压筒、垫片、模具的温度一般比挤压温度低25 ℃,以补偿由于摩擦热、变形热而引起的温升。考虑到以上情况, 对AZ31B 而言, 取挤压温度为400 ℃。 (2)挤压速度的确定。 选择挤压速度的原则是,在保证制品不产生表面裂纹毛刺和扭拧、弯曲、波浪、间隙、扩(并) 口以及尺寸等重量问题的前提下,当挤压机能力允许时,速度越快越好。但挤压速度的确定同挤压温度一样,也十分复杂。挤压速度的大小受合金、状态、毛料、尺寸、挤压方法、挤压力、工具、制品复杂程度、挤压温度、模孔数量、润滑条件等的影响[7 ,8 ] 。因此综合考虑,AZ31B 的挤压速度定为1～2. 5m/ min。 (3)挤压比的确定。 为使镁合金在挤压过程中达到正常的加工效果,必须使断面减缩率保持在一定的范围内[6 ] 。试验的挤压比确定为:棒材的λ为10～25 ,管材、型材的λ为10～45 。 2 试验结果 2. 1 铸锭组织 铸锭的铸态组织如图1 ,基体为α固溶体,在基体上存在大量粗大枝晶, 少量的第二相
镁及镁合金熔炼特点 镁合金的熔点不高，热容量较小，在空气中加热时，氧化快，在过热时易燃烧；在熔融状态下无熔刘保护时，则可猛烈地燃烧。因此，镁合金在熔铸过程中必须始终在熔剂或保护性气氛下进行。熔铸质量的好坏，在很大程度上取决于熔剂的质量和熔体保护的好坏。镁氧化时释放出大量的热，镁的比热容和导热性较低，MgO疏松多孔，无保护作用，因而氧化处附近的熔体易于局部过热，且会促进镁的氧化燃烧。 镁合金除强烈氧化外，遇水则会急剧地分解而引起爆炸，还能与氮形成氮化镁夹杂。氢能大量地溶于镁中，在熔炼温度不超过900℃时，吸氢能力增加不大，铸锭凝固时氢会大量析出，使铸锭产生气孔并促进疏松。多数合金元素的熔点和密度均比镁高，易于产生密度偏析，故一次熔炼是难以得到成分均匀的镁合金锭。有时采用预制镁合金，再重熔的办法。为防止污染合金，熔炼镁合金时不宜用一般硅砖作炉衬。由于镁合金对杂质也很敏感，如镍、被含量分别超过0．03%及0.01%时，铸锭便易热裂，并降低其耐蚀性。对熔剂要求很严格，要有较大的密度和适当的黏度，能很好地润湿炉衬。在熔炼过程中熔剂会不断地下沉，因而要陆续地添加新熔剂，使整个熔池覆盖好且不冒火燃烧。在个别地方出现氧化燃烧时，应及时撒上熔剂将其扑灭。用Ar、Cl2、CCl4去气精炼时，吹气时间不宜过长，否则会粗化晶粒。用N2气吹炼时可能形成氮化镁，温度不宜过高。镁合金的流动性较小，应稍提高浇温。但浇温过高会使形成缩松的倾向增大。铸锭时要注意熔体保护和漏镁放炮。浇温和浇速过高，易产生漏镁和中心热裂；但浇温浇速过低，则易形成冷隔、气孔和粗大金属间化合物等。此外，由于镁合金密度小，黏度大，一些溶解度小而密度较大的合金元素不易溶解完全，常随熔剂沉于炉底，或随熔剂悬浮于熔体中成为夹杂。因此，镁合金中常出现金属夹杂、熔剂夹渣及氧化夹渣。 归纳起来，镁合金的熔铸技术具有如下特点： 1）镁的化学活性很强烈，在熔态下，极易和氧、氮及水气发生化学作用。在熔体表面如不严加保护，接近800℃时就很快氧化燃烧。为减少烧损、生产安全以及保证金属质量，在整个熔铸过程中，熔体始终需用熔剂加以保护，避免与炉气和空气中的氧、氮及水气接触。因此，给工艺带来了许多问题，如大量熔盐
新型金属合金材料行业讲解 (2011-12-23 06:38:22) 转载▼ 标签： 分类：新能源新材料 散户之友 财经 资料来源：东兴证券 中国航空业步入高速增长，带动航空材料产业腾飞。中国将成为世界增长最快、最具发展潜力的航空市场。根据中国商飞公司的测算，中国航空客流量将以每年7.7%的速度增长，未来20 年，中国总计需要新增飞机3997架。随着国产大飞机计划的推进，以及我国航空材料制造业的不断发展，航空材料国产化率会稳步提升，2010-2019 年是我国新增客机需求增长最快的时期，在此期间航空合金材料的年均增长率保持10%左右。高铁、城市轨道交通材料产业迎来爆发式增长期。随着我国高速铁路和城市轨道交通建设的加速，轨道交通用的铝合金材料、金属基复合材料以及C/C 复合材料将迎来高速增长时期，其中轨道交通用铝合金材料将保持年均25%~30%的增速，总需求量将在2016 年达到30.77 万吨。金属基复合材料和C/C 复合材料将保持年均30%以上的增速，总需求量将从目前的10 万吨左右增长到2014 年的25 万吨。汽车轻量化材料是汽车工业节能减排的必然选择。2011—2015 年，随着中国汽车工业水平的不断提升，汽车工业节能减排的深入，中国汽车单车铝材料用量将以每年10%~12%的速度增长，到2015 年中国汽车用铝量将从目前的190 万吨增长至314 万吨，市场增长潜力巨大。 1．产业背景：战略新兴产业崛起的基础 1.1 新材料产业是新兴产业崛起的前提 新材料本身就是一种高新技术，又是现代高新技术和产业的基础和先导，也是提升传统产业的技术能力、调整产业结构的关键。新材料的突破往往会引发
稀土镁合金的研究现状及应用 杨素媛,张丽娟,张堡垒 (北京理工大学材料科学与工程学院,北京 100081) 摘 要:镁合金具有质轻、高比强度、高比刚度等优异性能。但其强度不高,高温性能较差,为了改善其性能,在熔炼过程中加入稀土制成具有高强、耐热、耐蚀等性能的稀土镁合金,大大增加了材料的抗拉强度、延展性及抗蠕变性能,从而使镁合金在航空航天、汽车工业及电子通讯行业得到了广泛应用。总结了稀土对镁合金的净化和阻燃作用,分析了稀土元素对合金组织和性能的影响,综述了稀土耐热镁合金、稀土高强镁合金、稀土阻燃镁合金的研究现状,并简述了稀土镁合金的应用及发展前景。 关键词:稀土镁合金;组织;力学性能;应用 中图分类号:TG146 2 文献标识码:A 文章编号:1004 0277(2008)04 0081 06 镁及镁合金是目前最轻的结构金属材料,具有高的比强度和比刚度,很好的抗磁性,高的电负性和导热性,良好的消震性和切削加工性能。但是镁合金的强度不高,特别是高温性能较差,大大限制了其应用。所以提高镁合金的室温强度和高温强度是镁合金研究中要解决的首要问题[1,2]。 大部分稀土元素与镁的原子尺寸半径相差在 15%范围内,在镁中有较大固溶度,具有良好的固溶强化、沉淀强化作用;可以有效地改善合金组织和微观结构、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性和耐热性等;稀土元素原子扩散能力差,对提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程有显著作用;稀土元素还有很好的时效强化作用,可以析出非常稳定的弥散相粒子,从而能大幅度提高镁合金的高温强度和蠕变抗力。因此在镁合金领域开发出一系列含稀土的镁合金,使它们具有高强、耐热、耐蚀等性能,将有效地拓展镁合金的应用领域。 1 稀土在镁合金中的作用 1 1 稀土对镁合金熔体的净化作用 稀土对镁合金熔体有很好的净化作用,具有除氢净化及除氧化夹杂物的作用。 在熔炼过程中,由于镁的化学性质非常活泼,易与水气发生反应使镁合金具有较强的析氢倾向。在镁合金液有较大的溶解度的氢,会导致铸件产生气孔、针孔及缩松等铸造缺陷。在镁合金熔炼过程中加入稀土,稀土元素与水气和镁液中的氢反应,生成高熔点的稀土氢化物和稀土氧化物,比重较轻的稀土氢化物和稀土氧化物上浮成固体渣,从而达到除氢的目的[3]。 镁与氧结合形成稳定的MgO,是镁合金中形成氧化夹杂物的主要原因。夹杂物使合金的力学性能和耐蚀性能降低,且易使合金产生疲劳裂纹等[4]。由于稀土元素与氧的亲和力更大,因此在镁溶液中加入稀土元素,稀土将优先与氧结合而生成稀土氧化物,从而达到去除氧化物夹杂的作用。 1 2 稀土的阻燃作用 由于镁与氧极易发生反应,因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜,致密度系数 Mg<1,疏松多孔,不能有效阻止氧穿透该氧化膜;且MgO的导热系数小,不利于热量的扩散,会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后,与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE2O3,该稀土氧化物的致密度系数 >1,能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 第29卷第4期2008年8月 稀 土 Chinese Rare Earths Vol 29,No 4 August2008 收稿日期:2008 02 22 作者简介:杨素媛(1966 ),女,内蒙古锡林浩特人,硕士,教授,研究方向:金属材料。
镁合金型材的挤压方法分析 镁合金型材挤压方法 用挤压方法生产型材的工艺。挤压型材分空心型材和实心型材两大类。空心型材是指横断面有一个或多个封闭通孔的型材。实心挤压型材约占全部挤压型材品种规格的65%，而异形断面型材又占实心断面型材的大部分，其次是空心挤压型材。同其他方法诸如轧制、模锻生产的型材相比，挤压型材的强度较高。挤压工具更换比较简单，可小批量生产。采用挤压法生产复杂形状制品，尤其是断面变化很大的制品，可以大大减少机械加工量，减少金属损耗，提高零件和结构的使用性能。 挤压实心型材多采用正向挤压法、反向挤压法及联合挤压法。联合挤压法目前用得不多。空心型材的挤压可根据空心型材的外形、孔数(在单孔挤压时则是孔的断面形状和尺寸)、孔对型材断面中心位置的非对称分布程度及其他因素，采用穿孔针法和焊合挤压法(见组合模挤压)。前者采用空心锭坯或实心锭坯进行正向挤压或反向挤压；后者适合于对焊合性能好的金属和合金进行正向挤压。 在选择挤压方法时，要根据型材外形、挤压机结构、残料多少以及残料同制品分离的方法、挤压筒容积利用系数、型材质量要求(壁厚差、内表面质量和宏观组织)、受力条件和金属流动速度等指标，做全面权衡，选定最佳的镁合金挤压方法。生产多孔型材、内孔直径很小的型材；内孔位置分布非常不对称的型材和内孔形状复杂的型材时，不能采用穿孔针法。生产不允许有焊缝的内部轮廓异形材及焊合性能不好的合金。如硬铝、镁铝系合金、黄铜、青铜、白铜、钛、锆、钢等的空心型材不能采用焊合挤压法。 镁合金型材工艺制定 型材挤压工艺主要包括锭坯尺寸选择、挤压温度确定、金属流动速度确定、工艺过程制定、润滑剂及施加方式选择。挤压型材时多采用实心圆断面锭坯，只有在挤压内孔形状简单、尺寸较大的空心型材时才采用空心圆断面锭坯。锭坯的尺寸决定型材质量和挤压过程的技术经济指标，在选择锭坯时应使其体积达到最大值，以提高成品率。在可以使用几个不同尺寸的挤压筒时，宜采用直径最小的锭坯。型材挤压的温度范围、金属流动速度大小、润滑剂种类和润滑方式等同钢管挤压的相同。
镁及镁合金板材的生产工艺流程(一) 镁及镁合金板材的生产工艺流程为: 1、熔炼与铸锭 熔炼包括熔化、合金化、精炼、晶粒细化、过滤等冶金和物理化学过程,通常在反射炉或坩埚炉内进行。镁及镁合金的熔点都在650℃左右,它们极易氧化且随温度的升高而加剧。当温度超过约850℃时,熔体的表面立即燃烧,故熔炼时必须用熔剂覆盖或以保护性气体保护。镁及镁合金在熔融和燃烧状态下遇水、含水(包括结晶水)物质和液态防火介质都可能导致剧烈爆炸,因此,在生产的全过程中注意安全是至关重要的。以隔离空气为主的覆盖熔剂和以提高熔体质量为主的精炼熔剂都是碱金属或碱土金属的氯化物和氟化物。除气(主要是氢)随熔剂精炼进行,也可向熔体中通入活性气体(如氯气)。对凝固时的晶粒粗大倾向,据合金的不同可采取控制熔体温度、向熔体加入微量元素进行变质处理等加以抑制,即晶粒细化(见铸锭晶粒的细化处理)。铸锭通常采用半连续铸锭法。除封闭式铸锭外,流槽和结晶器中裸露的金属,必须用s0:或SF。等气体保护。要科学地确定和控制各项铸造参数,以防止铸锭发生热裂,并降低冷隔深度和减少金属间化合物的形成和聚集。除镁一钇系合金外,铸锭的冷裂倾向小。 2、加热与热轧 铸锭在加热前必须铣面(见有色金属合金锭坯铣面),彻底去除冷隔和偏析物等表面缺陷;合金元素含量高和含锆、钇等的合金还要经均匀化处理(见有色金属合金锭坯均匀化)。铸锭加热时应避免直接热辐射和避免火焰同铝接触,以防局部过热、熔化或燃烧。根据合金的不同加热温度控制在370~510℃范围内。除含锂高的超轻合金有晶型转变外,余者皆为密排六方晶型,塑性差,但变形能力随加热温度的提高和晶粒尺寸的减小而提高,并比立方晶型的金属提高得更快。热轧的总变形量可以达到96%。严格控制终轧温度是保证热加工状态成品板材的力学性能并防止板坯及薄板产生裂纹的重要途径。晶粒粗大的铸锭和厚度较小的热轧成品,有的要进行二
稀土镁合金的研究现状 摘要：镁合金是目前最轻的结构金属材料，稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了稀土镁合金的研究现状以及压铸和快速成型稀土镁合金。 关键词：稀土镁合金；压铸；快速成型 Abstract :Magnesium alloys are the most light structure metal materials ,the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced in the paper and pressure casting and rapid prototyping the rare earth magnesium alloys were introduced. Key words: Rare-earth Magnesium Alloys; Pressure Casting; Rapid Prototyping 镁合金是最轻的工程结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、导热导电性好、
阻尼减震性能高、电磁屏蔽性好、良好的铸造性能、易于加工成型、废料容易回收等一系列优点，因此，目前被广泛应用于汽车、电子、航空航天等诸多领域，具有极为广阔的应用前景。稀土元素由于具有独特的核外电子排布，表现出独特的性质，对0、S和其他非金属元素有较强的亲和力，在冶金过程中可以净化合金熔体、改善合金组织、提高合金室温力学性能、增强合金耐腐蚀性能等。近年来，根据对材料的性能要求而研制开发了一系列含稀土的高强、耐热、抗蠕变、阻燃等镁合金，稀土作为主要的合金元素或微合金化元素在镁合金研究领域发挥愈来愈重要的作用[1]。 1稀土在镁中的性质 1.1 稀土镁合金与氢和氧的相互作用 由于镁与氧极易发生反应，因此镁合金在熔炼和浇注过程中易氧化燃烧。镁与氧反应生成的表面MgO膜，致密度系数αMg<1，疏松多孔，不能有效阻止氧穿透该氧化膜；且MgO的导热系数小，不利于热量的扩散，会加剧镁的氧化和燃烧。稀土元素加入镁合金后，与氧发生反应或与MgO中氧发生置换反应生成稀土氧化物RE203，该稀土氧化物的致密度系数a>1，能够有效阻止氧穿透氧化膜与镁发生反应。 在镁合金中，已知Mg-Be，Mg-Ca，Mg-Ce-La合金系的氧化速度都比纯镁小，稀土对改善镁合金熔体的氧化性质有益。 氢在镁中有较大的溶解度，比其在铝中高1～2个数量级，在液态镁中，随温度升高，压力增大，氢的溶解度也增大。氢的主要来源是潮湿的气氛，在熔炼过程中与空气中的水反应： Mg(l)+H2O(g) →MgO(s)+2[H] 氢和镁不形成化合物，在镁中呈间隙式固溶体存在，含氢量过高会使镁合金出现显微气孔。稀土对除去镁合金中的氢有明显作用。在加入稀土后，稀土与氢反应生成REH2相； [RE]+2[H] →REH2 同时，稀土与MgO发生反应： 2 [RE]+3MgO →RE2O3+ 3Mg 此反应有较强的驱动力，因此可生成稀土氢化物和氧化物而达到合金溶液除氢的效果。特别对于含锆的镁合金，由于[H]与Zr生成稳定的化合物ZrH2，使锆在镁合金中溶
镁及镁合金挤压工业及技术发展概况与趋势 刘静安，吴小源，刘志铭 摘要：本文详细阐述了挤压成形在轻合金材料加工中的重要地位，指出热挤压成形是镁及镁合金材料最重要的加工方法，介绍了国内外镁及镁合金挤压工业与技术的发展概况与趋势。 关键词：镁及镁合金材料；挤压工业与技术；国内外发展概况与趋势 1挤压成形在轻合金材料加工中的重要地位[1,4] 挤压成形在轻合金材料加工中占有特殊重要的地位，这是因为近年来随着科学技术的不断进步和国民经济的飞速发展，使用部门对轻合金产品的精度、形状、表面光洁度和组织性能等各种质量指标提出了新的要求。而向用户保证供应符合各种质量要求的轻合金产品，采用挤压加工技术生产比其它压力加工方法（如轧制、锻造等）有更大的优越性和可靠性。归纳起来，挤压加工有下列特点： （1）在挤压过程中，被挤压金属在变形区能获得比轧制、锻造更为强烈的三向压缩应力状态，可充分发挥被加工金属本身的塑性。因此，用挤压法可加工那些用轧制法或锻造法加工有困难甚至无法加工的低塑性难变形的金属或合金。对于某些必需用轧制或锻造法进行加工的材料，如7A04、7075、5A06、MB15、粉末钛合金等合金的锻件等，也常用挤压法先对铸锭进行开坯，以改善其组织，提高其塑性。目前，挤压仍然是可以用铸锭直接生产产品的最优越的方法。 （2）挤压法不但可以生产断面形状较简单的管、棒、型、线产品，而且可生产断面变化、形状极复杂的型材和管材，如阶段变断面型材、逐渐变断面型材、带异形加强筋的整体壁板型材、形状极其复杂的空心型材和变断面管材、多孔管材等。这类产品用轧制法或其它压力加工法生产是很困难的，甚至是不可能的。异形整体型材可简化冷成形、铆焊、切削、化铣等复杂的加工工程，这对于减少设备投资、节能、提高金属利用率、降低产品的总成本具有重大社会、经济效益。 （3）具有加工灵活性很大，只需要更换模子等挤压工具即可在一台设备上生产形状、规格和品种不同的制品，更换挤压工模具的操作简便易行、费时少、功效高。这种加工方法对订货批量小、品种规格多的轻合金材料加工生产厂最为经济适用。 （4）挤压制品的精度比热轧、锻造产品的高，制品表面质量也较好。随着工艺水平的提高和模具品种的改进，现已能生产壁厚为（0.15-0.2）0.05mm、表面粗糙度达Ra0.8m的超薄、超高精度、高品质表面的轻合金型材。这不仅大大减少了总工作量和简化后部工序，同时也提高了被挤压金属材料的综合利用率和成品率。 （5）对某些具有挤压效应的轻合金来说，其挤压制品在淬火时效后，纵向强度性能（b、0.2）远比其它方法加工的同类产品要高。这对挖掘轻合金材料潜力，满足特殊使用要求具有实用价值。 （6）工艺流程减短、生产操作方便，一次挤压可获得比模锻或成形轧制等方法面积更大的整体结构部件，而且设备投资少、模具费用低、经济效益高。
镁合金研究现状及发展趋势 摘要：镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料之一，近年来已成为学术界的一个研究热点。本文主要综述了镁合金的研究进展和应用，介绍了耐热、耐蚀、阻燃和高强高韧等高性能镁合金材料的最新发展。还介绍了镁合金成型技术的研究成果，最后展望了高性能镁合金的发展前景。 关键词：镁合金；高强高韧；成型技术；应用 1.引言 镁（Mg）是地球上储量最为丰富的元素之一，在陆地、湖泊和海洋中都广为分布，例如，其在地壳表层金属矿资源中的含量达2.3%，仅次于占8.1%的铝和5%的铁，居第三位；海水中的镁含量达到2.1×1015吨，可以认为是取之不尽、用之不竭的元素[1]。此外，我国的白云石矿储量、菱镁矿以及原镁的产量位列世界镁资源储量首位[2]。同时，随着当前钢铁行业中铁矿石等资源的日趋紧张，开发和利用镁作为替代材料是必然的趋势。被誉为“二十一世纪绿色金属结构工程材料”的镁合金是目前所知金属结构材料中最轻的，与其他同类材料相比，它具有密度小，比强度、比刚度较高，可以回收再利用且机加工性能优异，阻尼减震性好，电磁屏蔽效果佳等一系列优点，因此在交通运输（如汽车、摩托车、自行车等工业）、航空航天、武器装备、计算机通讯和消费电子产品等领域具有广阔的应用前景[3]，但其使用量与铝合金和塑料相比还相当少[4]。 目前，从全球镁合金研发状况看，发展方向如图1所示[5]，我国在镁合金材料的应用研究与产业化方面也己取得重大进展，形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链，为我国实现由镁资源大国向镁应用强国的跨越奠定了坚实的基础。
图1 镁合金的研发方向[5] Fig. 1 Directions of Mg alloy development 2.镁合金的特点及分类 通过在纯镁中添加其他化学元素，可显著改善镁的物理、化学和力学性能。但镁合金同时存在着显著的缺点，下面对镁合金的优缺点进行简要的阐述。 2.1镁合金的优点[6 ~ 8] 1）密度小、质量轻。镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料，根据合金成分的不同，其密度通常在1.75-2.10g/cm3范围内，约为铝的2/3，钢的1/4。 2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度高于铝合金和钢铁，但略低于比强度最高的纤维增强塑料。其比刚度与铝合金和钢铁相当，但却远高于纤维增强塑料。镁合金材料与其他相关材料的物理性能和力学性能分析比较如表1所示。 表1 镁合金和相关材料的物理和力学性能比较 Tab. 1 The comparison of physical and mechanical properties between magnesium alloy and other materials [9] 材料抗拉强度/Mpa 屈服强度/Mpa 延伸率/% 弹性模量/Gpa 比强度镁合金AZ31 251 154 13.8 45 141 镁合金AZ91 275 145 13.8 45 151 镁合金AM60 240 140 15 45 134 铝合金380 315 160 3 71 106 碳钢517 140 22 200 80 塑料ABS 35 - 40 2.1 41 塑料PC 104 - 3 6.7 102 3）吸震阻尼性能好。镁合金与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减振功能，可承受较大的冲击震动负荷。镁合金具有极好的滞弹吸震能力，其抗冲击性是铝合金的10倍，塑料的20倍。 4）良好的铸造性能。镁与铁的反应低，熔炼时可用铁坩埚，熔融镁对坩埚的侵蚀小，压铸时对压铸模的侵蚀小，与铝合金压铸相比，压铸模使用寿命可提高2-3倍，通常可维持20万次以上。镁合金的比热和结晶潜热小，所以流动性
镁合金熔铸工艺特点及典型熔炼工艺 在熔炼镁合金过程中必须有效地防止金属的氧化或燃烧,可以通过在金属熔体表面撒熔剂或无熔剂工艺来实现.通常添加微量的金属铍和钙来提高镁熔体的抗氧化性.熔剂熔炼和无熔剂熔炼是镁合金熔炼与浇注过程的两大类基本工艺.1970年之前,熔炼镁合金主要是采用熔剂熔炼工艺.熔剂能去除镁中杂质并且能在镁合金熔体表面形成一层保护性薄膜,隔绝空气.然而熔剂膜隔绝空气的效果并不十分理想,熔炼过程中氧化燃烧造成的镁损失还是比较大.此外,熔剂熔炼工艺还存在一些问题,一方面容易产生熔剂夹杂,导致铸件力学性能和耐蚀性下降,限制了镁合金的应用;另一方面熔剂与镁合金液反应生成腐蚀性烟气,破坏熔炼设备,恶化工作环境.为了提高熔化过程的安全性和减少镁合金液的氧化,20世纪70年代初出现了无熔剂熔炼工艺,在熔炼炉中采用六氟化硫(SF6)与氮气(N2)或干燥空气的混合保护气体,从而避免液面和空气接触.混合气体中SF6的含量要慎重选择.如果SF6 含量过高,会侵蚀坩锅降低其使用寿命;如果含量过低,则不能有效保护熔体.总的来说,无论是熔剂熔炼还是无熔剂熔炼,只要操作得当,都能较好地生产出优质铸造镁合金. 1熔炼保护工艺 (1)熔剂保护熔炼工艺
将熔体表面与氧气隔绝是安全地进行镁合金熔炼的最基本 要求.早期曾尝试采用气体保护系统,但效果并不理想.后来,人 们开发了熔剂保护熔炼的工艺.镁合金用熔剂见表7.3.在熔炼过程中,必须避免坩锅中熔融炉料出现"搭桥"现象,将余下的炉料 逐渐添加到坩锅内,保持合金熔体液面平稳上升,并将熔剂轻轻 撒在熔体表面. 每种镁合金都有各自的专用熔剂,必须严格遵守供应商规定的熔剂使用指南.在熔化过程中,必须防止炉料局部过热.采用熔体氯化工艺熔炼镁合金时,必须采取有效措施收集Cl2.在浇注前,要对熔体仔细撇渣,去氧化物,特别是影响抗蚀性的氯化物.浇注后,通常将硫粉撒在熔体表面以减轻其在凝固过程中的氧化. (2)无熔剂保护工艺 压铸技术中采用熔剂熔炼工艺会带来一些操作上的困难,特别是在热压室压铸中,这种困难更加严重.同时,熔剂夹杂是镁合金铸件最常见的缺陷,严重影响铸件的力学性能和耐蚀性,大大 阻碍了镁合金的广泛应用.20世纪70 年代初,无熔剂熔炼工艺 的开发成功是镁合金应用领域中的一个重要突破,对镁合金工业的发展有着革命性的意义. 1)气体保护机理 如上所述,纯净的N2,Ar,Ne 等惰性气体虽然能对镁及其合金熔体起到一定的阻燃和保护作用,但效果并不理想.N2易与镁
高性能稀土镁合金及其研究进展 镁合金作为一种轻质的绿色工程材料具有很大的应用前景，被称为21世纪的“绿色工程材料”。然而，大部分镁合金的力学性能（尤其高温力学性能）较差，使其应用受到限制。因此，如何改善其力学性能成为亟待解决的问题。添加合金化元素是常用来改善镁合金力学性能的手段之一，尤其是添加稀土元素。稀土元素对镁合金具有“净化”“细化”“强化”“合金化”的四重作用。Mg-RE系合金因其优异的高温拉伸性能、抗蠕变性能及良好的塑性成形能力而备受青睐，被认为是最具有应用前景的高温高强合金体系。因此，本文主要综述近年来国内外在高性能稀土镁合金方面的研究进展，重点介绍制备高性能镁合金的制备方法、加工技术、热处理工艺、强韧化机制及目前研究中存在的问题与不足。 1.Mg-RE系合金 Mg-RE系合金是目前镁合金中最重要的高强耐热镁合金体系，尤其是含有重稀土元素（Gd、Y、Dy、Ho、Er等）的镁合金。Mg-RE系二元合金的时效硬化特性、强度与稀土添加量成正比关系，如在 Mg-Gd二元合金体系中Gd的质量百分含量若低于10%则合金的时效析出偏低或者无析出，直接导致合金的强度及耐热性能降低。为了降低稀土的添加量且不影响时效硬化特性效果，在Mg-RE二元合金的基础上添加其它合金化元素开发出了三元、四元等稀土镁合金。目前，稀土镁合金主要包括在Mg-Gd体系上形成的Mg-Gd-Y、Mg-Gd-Er、Mg-Gd-Ho、Mg-Gd-Dy等系列合金，在Mg-Y体系上形成的Mg-Y-Gd、Mg-Y-Nd、Mg-Y-Sc-Mn 等系列合金，为了细化晶粒稀土镁合金中常常加入Zr元素。 除了早期的WE54、WE43合金，Mordike等通过添加Sc及Mn等元素，开发了抗蠕变性能优于WE43合金的Mg-4Y-1Sc-1Mn(wt.%)合金；He等用普通铸造+挤压+峰值时效的方法制备了高强耐热Mg-10Gd-2Y-0.5Zr(wt.%)合金，其室温下的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别可高达331 MPa、397 MPa、1%。最近，Li等通过轧制+时效的方法制备了Mg-14Gd-0.5Zr 合金，其屈服强度、延伸率分别可高达445 MPa、2%。Mg-RE系合金是目前最适合、最有前途的可应用在航空航天或汽车上的镁合金材料，多数单位都将此系列合金的目标性能提高到550Mpa-600Mpa，稳定使用温度在200 o C。晶粒细化、形变强化、沉淀强化是目前稀土镁合金采用的强化手段。目前的研究主要集中在沉淀强化方面。Mg-RE系合金主要的时效析出强 化相为β′′ (DO 19)、β′(cbco)，其中，β′′相的化学成分为Mg 3 RE， β′相的化学成分为Mg15RE3。 β′相与基体具有半共格关系，匹配较好，大量、致密、规则析出的β′相，可有效阻止位错运动，被认为是合金强度提高的主要原因之一。 目前的研究仍有不足，主要表现在以下几个方面：（1）合金中含有大量的稀土，导致合金成本偏高；（2）合金的塑性加工性能偏差，有必要寻找改善合金塑性的新方法、新理论；（3）合金的塑性变形机制研究较少，需大研究稀土溶质原子、晶粒尺寸、晶界类型、织构等对滑移系机制的影响规律。 2.Mg-RE-Zn系合金 Mg-RE-Zn合金是现在研究的一个热点，一方面因为Kawamura于2001年用快速凝固粉/
稀土镁合金的研究现状及应用 张晓 （中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051） 摘要：镁合金具有许多优异的性能，如高比强度、高比刚度等。但它强度不高，高温抗蠕变性能差。稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性，特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了国内外稀土镁合金的研究现状，并展望了稀土镁合金的应用前景。 关键词：镁合金；稀土；现状 Study Situation And Application Of Rare-earth Magnesium Alloys Zhang Xiao (North University Of China School Of Material Science And Engineering, Taiyuan Shanxi 030051) Abstract: Magnesium Alloy has many inherent advantages of Magnesium Alloy, such as high specific strength，high specific stiffness and so on. But it is not high strength and high temperature creep resistance is poor.the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced at home and abroad in the paper and the prospect of application in Rare-earth alloys Magnesium Alloy was looked. Key words: Magnesium Alloy; Rare-earth; situation
轻合金技术新进展 铝、镁、钛等金属的密度小，分别为2.7g/cm3、1.7g/cm3、和4.5g/cm3、，因此，这几种金属通常被称为轻金属，其相应的铝合金、镁合金、钛合金则称为轻合金[1,2]。铝合金具有比重小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[3~5]。镁合金具有比重小，比强度、比刚度高，阻尼性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，易回收，无污染等优点，因此，在汽车工业、通信电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来全世界镁合金产量的年增长率高达20％，显示出了极为广泛的应用前景[1,15]。钛合金比重小、耐蚀性好、耐热性高、比刚度和比强度高，是航天航空、石油化工、生物医学等领域的理想材料；同时，钛的无磁性、钛铌合金的超导性、钛铁合金的储氢能力等特性，使得钛合金在尖端科学和高技术方面发挥着重要作用[1,32]。 本文简要综述目前国内外在轻合金方面的研究开发、应用现状及最新进展，分析了我国在轻合金材料发展及其应用方面存在的问题，提出了今后一段时间我国在轻合金材料研究、开发与应用方面的对策。 －、铝合金 1.铝合金的发展 铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料的结果[3~5]。表1列出了铝合金的特性及主要应用领域[2]。 铝合金的发展可追溯到1906年时效强化现象在柏林被Alfred Wilm偶然发现，硬铝 Duralumin、随之研制成功并用于飞机结构件上[7]。在此基础上随后开发出的Al-Cu-Mg系合金，如2014和2024，其抗拉强度为350~480MPa'，至今仍在使用。第二次世界大战期间，由于军用航空材料的需要，抗拉强度超过500ＭＰ'的Al-Zn_Mg_Cu.合金发展起来，其中最
经验汇编：国内外新材料产业发展动态 新材料是国家七大战略性新兴产业之一，是制造业转型升级的基础。去年底国务院成立国家新材料产业发展领导小组，工信部等四部委发布《新材料发展规划指南》，为新材料产业发展提出目标、方向和任务。现梳理国内外新材料产业发展动态，供参 一、国际市场竞争激烈 全球新材料产业竞争格局正在发生重大调整，新材料不信息、能源、生物等高技术加速融合，大数据、数字仿真等技术在新材料研发设计中作用不断突出，“互联网+”、材料基因组计划、增材制造等新技术新模式蓬勃兴起，新材料创新步伐持续加快，国际市场竞争日趋激烈。日本新材料产业发展目标是占据世界市场，目前其保持领先优势的领域有：精细陶瓷、碳纤维、工程塑料、非晶合金、超级钢铁材料、有机EL材料、镁合金材料。美国将新材料列为影响经济繁荣和国家安全的六大类关键技术之首，凭借其强大的科技实力，新材料产业全面发展，幵注重“官产学研”有效结合推动新材料发展。俄罗斯在航空航天材料、能源材料、化工材料、金属材料、超导材料、聚合材料等领域保持领先地位，幵大力发展电子信息工业、通讯设斲、计算机产业等对促进国民经济发展和提高国防实力有重要影响的材料领域。 二、国内发展速度加快 我国新材料产业处于发展黄金期，市场规模已超过2万亿元，预计“十三亓”期间年均增速达20%。一是东中西部协调互补的整体布局初具雏形。东部地区在环渤海、长三角和珠三角地区，已形成综合性新材料产业集群；中部地区在高技术含量、高附加值的精深加工产品方面潜力巨大；西部地区正着力培育一批特色鲜明、比较优势突出的新材料产业集群。二是发展目标明确。到2020年，先进基础材料总体实现稳定供给，关键战略材料综合保障能力超过70%，前沿新材料取得一批核心技术与利，部分品种实现量产。三是发展方向清晰。突破金属材料、复合材料、先进半导体材料等领域技术装备制约，在碳纤维复合材料、高品质特殊钢、先进轻合金材料等领域实现70种以上重点新材料产业化及应用，建成不我国新材料产业发展水平相匹配的工艺装备保障体系；积极发展军民共用特种新材料，促进新材料产业军民融合发展。 三、各省份发展动态 山东省新材料产业领域覆盖国家划定的六大领域，在全国新材料产业基地数量区域分布统计中占10%，新材料产业产值占全国总产值的四分之一左右。目前已形成以聚氨酯、氟硅材料、高性能纤维、新型隔热保温等涉化工新材料为主导，稀土功能材料、石墨烯、高端晶体、纳米材料等前沿材料为新增长点的新材料产业体系，是国内重要的新材料产业基地。主要做法:一是龙头带动。以烟台万华、山东东岳、鲁西等年产值百亿元以上的化工新材料巨头企业为龙头，培育出一批成长性强、市场占有率高的“小巨人”企业，应用扩大到碳纤维、芳纶、玻纤等新材料下游市场。二是研发创新。自主开发出全氟离子膜、碳纤维、高强超薄大型铝合金材料、间位芳纶纸等一批新材料产品；石墨烯、晶体材料等前沿新材料创新成效明显。三是依托智能制造打造核心竞争力。如泰山玻纤的全链条全系统智能化使生产效率提高20%，运营成本下降20%。 江苏省是新材料制造和需求大省，在新型功能材料、纳米材料和多晶硅等领域处于国内领先地位。2016年全省新材料产值达1.18万亿元，产业规模占长三角的一半以上，约占全国规模的15%。主要做法：一是优化布局。结合苏南国家自主创新示范区建设，加强顶层设计和
国外镁及镁合金的应用研究现状与前景 https://www.doczj.com/doc/de13413320.html, 2005-12-28 国外对于镁及其合金的研究开发较早，到目前镁及其合金材料的开发及应用已进入相对比较成熟的阶段，并已达到产业化的工业规模，其中北美是目前镁及其合金材料用量最多的地区。近年来随着油价的不断上升，作为镁合金的主要应用产业的汽车工业，对镁合金应用需求也在增长，导致世界范围内的镁合金应用竞争更趋激烈，并有对中国进行合围趋势。 参加前不久在重庆召开的"中英先进材料研讨会"的中外专家介绍，无论镁金属的供应基础怎样变化，传统的最终用户市场仍然是汽车工业，汽车工业仍然是可以依靠的推动世界镁工业产量增长的主要工业。为减轻汽车自重，利用镁合金高强度重量比的固有优势，镁及镁合金将在汽车上用作结构和非结构件。镁在汽车非结构件上的应用包括变速箱外壳、传动箱外壳、阀和凸轮轴外壳、离合器罩、电机罩、发电机外壳、进气支管和油盘。在汽车结构件上的应用包括方向盘、仪表盘横梁、离合器支架、方向盘轴结构和气袋外壳。 在过去１０年里，欧洲汽车用镁合金压铸件年平均增长率为１５％，在未来５年里欧洲每辆汽车平均用镁量为２．５公斤／辆。在未来１０年里，该数字将达到５公斤。欧洲汽车的方向盘，目前有８５％采用镁合金制造，各种类型汽车用的镁部件达到３００个。目前北美国家生产的汽车上平均每辆汽车用镁量为３．５公斤，２０１０年前每辆汽车用镁量会以每年１５％速度增长，到２０１０年达到每辆汽车用镁量超过１０公斤。 美国通用汽车公司开发的抗蠕变镁合金使抗拉伸蠕变性能提高４０％；美国福特公司已经成功将挪威海德鲁集团下属Ｍｅｒｉｄｉａｎ技术公司开发研制的整体压铸ＡＭ５０镁合金梁用于新型福特Ｆ－１５０载重汽车上。这个过去由２１个部件组成的总成，现在为一体化的镁合金整件，减轻重量２２磅。德国宝马汽车公司已经在宝马７系列和５系列车型上的某些部件采用了镁合金；德国大众汽车公司在奥迪Ｖ８Ｑｕａｔｔｒｏ轿车的发动机上采用了镁合金部件，和其他奥迪Ａ８八缸发动机相比重量减轻４．９９公斤；德国奔驰汽车公司新开发的７速自动变速系统也采用了镁合金部件，用来取代５速自动变速系统，可以比原来５速自动变速系统每１００公里节省燃料０．６升。 世界汽车工业镁的消费量还在迅速增长，在汽车工业应用的新型镁合金的研究开发和汽车用镁合金部件及其生产技术方面的科学研究都在进行之中，世界上各大汽车公司都在不断减轻汽车自重，提高汽车性能方面下工夫。镁及镁合金材料是汽车工业的最佳选择。此外，由于镁合金在手动工具上具有突出的轻质、减震效果，因此目前镁合金在国外电动工具的应用也如火如荼，包括各种射钉枪、打磨机、电钻、割草机、电动剪刀等众多品种。国外许多电动工具制造商都把镁合金部件作为一大卖点，并在显著位置标注"Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ"字样。
RE对镁合金性能的影响 Effect of rare earth on the pro perties of magnesium alloys 摘要：镁合金因其密度小，比强度及比刚度高且能循环再利用，被誉为21世纪的绿色工程材料。然而镁合金的强度不高，高温蠕变性能及耐热和耐腐蚀性较差，这些缺点极大地限制了镁合金的发展和应用。稀土元素因其与镁元素晶体结构相同，原子半径接近，能够掺于镁合金中，通过形成固溶体和第二相来改善镁合金的性能，从而扩宽了镁合金的应用范围。本文主要结合本课题组的目前工作，研究了当向镁中加入稀土元素后，其高温蠕变性能的增强机理，又研究了当向稀土镁合金中加入适量的Zn,Cu,Ni元素后，其内部形成的长周期堆垛有序结构对镁合金性能的影响，最后做了一些稀土镁合金未来研究和发展展望。 关键词镁合金稀土元素高温抗蠕变性能长周期堆垛有序结构 镁合金因其具有密度小、高比强度、比刚度以及优秀的易回收利用等优于传统金属材料的特性，目前在航空航天、军工特种材料及交通电子等领域有着广阔的应用空间。作为被誉为“21 世纪的绿色工程材料”的镁合金目前却普遍存在合金强度不高( 尤其是高温性能较差) 、耐蚀性及耐热性不佳等问题，对镁合金的广泛应用带来了极大的障碍［1］。 稀土元素作为目前镁合金中的主要合金元素，可以通过其扩散能力提高镁合金的重结晶温度，通过其很好的时效作用以及析出对合金
性能具有显著影响的弥散相，提高镁合金的抗蠕变性能及耐高温强度，稀土元素对镁合金的性能改进是其他元素所无法替代的［2,3］。我国镁和稀土资源极为丰富，稀土镁合金可在解决镁合金的性能缺陷的同时突显我国的资源优势，为镁合金应用领域的拓展起到推动作用。 1 稀土元素在镁合金中的行为 1． 1 稀土元素对镁合金熔体的保护及净化作用 目前镁合金的熔炼保护方法主要以熔剂覆盖保护和SF6 气体保护为主，但无论是哪一种保护方式，依旧会在熔炼过程引入少量的氧元素，进而形成导热系数较小且易破裂的氧化镁膜，导致合金液出现燃烧。将稀土元素加入镁合金之后，稀土元素将形成致密的稀土氧化物膜，阻止氧化镁膜的形成，实现对镁合金熔体的保护［4］。该保护特性在合金熔炼制备难度较高( 如WE43 合金) 的过程中尤为重要。 稀土元素在保护合金熔体不易氧化的同时，还可以对镁合金中的熔炼缺陷进行消除。图1 为AM60B 合金在加入1% ＲE 前后的合金金相组织图片，从图中可以看出，在AM60B 合金中加入稀土元素后，可以显著消除在AM60B 合金中的黑色缺陷( 主要成分为MgO) ，显著减少合金中的氧化物夹杂等缺陷，提高合金品质。此外，稀土元素还可以对镁合金熔体中的氧、氢、铁和硫等杂质进行去除，达到对合金的净化作用。 图1 1． 2 稀土元素对镁合金结构组织的影响