第5章镁合金的热处理
热处理是改善或调整镁合金力学性能和加工性能的重要手段。镁合金的常规热处理工艺分为退火和固溶时效两大类。其中一些热处理工艺可以降低镁合金铸件的铸造内应力或淬火应力，从而提高工件的尺寸稳定性。镁合金能否进行热处理强化完全取决于合金元素的固溶度是否随温度变化。当合金元素的固溶度随温度变化时，镁合金可以进行热处理强化。
根据合金元素的种类，可热处理强化的铸造镁合金有六大系列，即Mg-A1-Mn系（如AM100A）、Mg-A1-Zn系（如AZ63A、AZ81A、AZ91C和AZ92A等）、Mg-Zn-Zr系（如ZK51A和ZK6A等）、Mg-RE-Zn-Zr系（如EZ33A和ZE41A）、Mg-Ag-RE-Zr系（如QE22A）和M-Zn-Cu系（如ZC63A）；可热处理强化的变形镁合金有三大系列，即Mg-Al-Zn系（如AZ80A）、Mg-Zn-Zr系（如ZK60A）和Mg-Zn-Cu系（如ZC71A）。某些热处理强化效果不显著的镁合金通常选择退火作为最终热处理工艺。
镁合金热处理的最主要特点是固溶和时效处理时间较长，其原因是因为合金元素的扩散和合金相的分解过程极其缓慢。由于同样的原因，镁合金淬火时不需要进行快速冷却，通常在静止的空气中或者人工强制流动的气流中冷却。
5 .1 热处理类型和选择
镁合金基本热处理类型的符号见表2-7。铸造镁合金和变形镁合金都可以进行退火（T2）、人工时效（T5）、固溶（T4）以及固溶加人工时效（T6、T61）处理，其热处理规范和应用范围与铸造铝合金的基本相同。镁合金的扩散速度小，淬火敏感性低，从而可以在空气中淬火；个别情况下也可以采用热水淬火（如T61），其强度比空冷T6态的高。绝大多数镁合金对自然时效不敏感，淬火后能在室温下长期保持淬火状态。同时镁合金的人工时效温度也比铝合金的高，达到448~523K。另外，镁合金的氧化倾向比铝合金大，因此加热炉中应保持中性气氛或通人保护气体以防燃烧。此外，镁合金还可以进行氢化处理改善组织和性能。
镁合金热处理类型的选择取决于镁合金的类别（即铸造镁合金或变形镁合金）以及预期的服役条件。固溶处理可以提高镁合金强度并获得最大的韧性和杭冲击性；固溶处理后人工时效能提高镁合金的硬度和屈服强度，但是略降低其韧性；没有进行预固溶处理或退火的人工时效可以消除铸件的应力，略微提高其抗拉强度；退火可么显著降低镁合金制品的抗拉强度并增加其塑性，对某些后续加工有利。此外，在基本热处理工艺上进行适当调整后发展起来的一些新工艺，可以应用于某些特殊镁合金，从而获得所期望的性能组合.例如，延长某些镁合金铸件的时效时间可以显著提高其屈服强度，但会降低部分塑性。表5-1列出了多种铸造和变形镁合金的常规热处理类型。
表5-1 镁合金的常规热处理类型[1]
5.1.1 完全退火
完全退火可以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化效应，恢复和提高其塑性，以便进行后续变形加工。几种变形镁合金的完全退火工艺规范见表5-2.通常，这些工艺可以使镁合金制品获得实际可行的最大退火效果。对于MB8合金，当要求其强度较高时，退火温度可定在533~563之间；当要求其塑性较高时，退火温度可以稍高一些，一般可以定在593~623之间。
表5-2 变形镁合金完全退火工艺[2]
由于镁合金的大部分成形操作在高温下进行，一般处理对其进行完全退火处理
5.1.2 去应力退火
去应力退火既可以减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。
5.1.2.1 变形镁合金的去应力退火
表5-3列出了变形镁合金去应力退火工艺，这些去应力退火工艺可以最大程度地消除镁合金工件中的应力。如果将镁合金挤压件焊接到镁合金冷轧板上，那么应适当降低退火温度并延长保温时间，从而最大限度地降低工件的变形程度，例如应选用423K/60min退火而不采用533K/15min。
表5-3 变形镁合金的去应力退火工艺[1]
注：只有含铝且大于1.5mass.%的合金在焊接后需要去应力退火来防止应力腐蚀开裂。
国内牌号变形镁合金常用的去应力退火工艺见表5- 4。
表5-4 变形镁合金常用的去应力退火工艺[2]
5.1.1.2 铸造镁合金的去应力退火
凝固过程中模具的约束、热处理后冷却不均匀或者淬火引起的收缩等都是镁合金铸件中出现残余应力的原因。镁合金铸件中的残余应力一般不大，但是由于镁合金弹性模量低，因此在较低应力下就能使镁合金铸件产生相当大的弹性应变。因此，必须彻底消除镁合金铸件中的残余应力以保证其精密机加工时的尺寸公差、避免其翘曲和变形以及防止Mg-A1铸造合金焊接件发生应力腐蚀开裂等。此外，机加工过程中也会产生残余应力，所以在最终机加工前最好进行中间去应力退火处理。镁合金铸件的去应力退火工艺见表5-5,所有工艺都可以在不显著影响力学性能的前提下彻底消除铸件中的残余应力。
表5-5 镁合金铸件的去应力退火工艺[1]
5.1.3 固溶和时效
5.1.3.1 固溶处理
镁合金经过固溶淬火后不进行时效可以同时提高其抗拉强度和伸长率。由于镁合金中原子扩散较慢，因而需要较长的加热（或固溶）时间以保证强化相充分溶解。镁合金砂型厚壁铸件的固溶时间最长，其次是薄壁铸件或金属型铸件，变形镁合金的最短。
Mg-A1-Zn合金经过固溶处理后Mg17Al12相溶解到基体镁中，合金性能得到较大幅度提高。L.M.Peng等研究了固溶处理对添加了稀土元素的AM60B合金显微组织和力学性能的影响。结果表明含有稀土元素的AM60B合金的显微组织由α-Mg固溶体、棒状Al11Er3相、粒状Al10Ce2Mn7,相以及网状和（或）岛状Mg17Al12相组成。该合金分别经过683K下20h、35h 和50h固溶处理后合金中的Mg17Al12相溶入基体镁中，但是稀土化合物Al11Er3和Al10Ce2Mn7相不溶解，只是其形貌稍有改变。
5.1.3.2 人工时效
部分镁合金经过铸造或加工成形后不进行固溶处理而是直接进行人工时效。这种工艺很简单，也可以获得相当高的时效强化效果。特别是Mg-Zn系合金，重新加热固溶处理将导致晶粒粗化，从而通常在热变形后直接人工时效以获得时效强化效果，具体内容见本书5.5.2节。
5.1.3.3 固溶处理+人工时效
固溶处理后人工时效（T6）可以提高镁合金的屈服强度，但会降低部分塑性，这种工艺主要应用于Mg-Al-Zn和Mg-Er-Zr合金。此外，含锌量高的Mg-Zn-Zr合金也可以选用T6处理以充分发挥时效强化效果。
例如，ZM5合金（Mg-Al-Zn系）的固溶处理温度为683~'688K，保温时间为8~20h。保温时间的长短根据晶粒尺寸和工件尺寸大小来确定。高铝低锌镁合金晶粒长大倾向严重，其时效温度为458~473K,低温时效时基体晶粒中会析出细小的沉淀相，提高合金的屈服强度而降低其塑性。
进行T6处理时，固溶处理获得的过饱和固溶体在人工时效过程中发生分解并析出第二相。时效析出过程和析出相的特点受合金系、时效温度以及添加元素的综合影响.情况十分复杂。目前，对镁合金时效析出过程的了解还不十分清楚。典型镁合金的时效析出相见表
5-6。
表5-6 典型镁合金的时效析出相[4]
5.1.3.4 热水中淬火+人工时效
镁合金淬火时通常采用空冷，也可以采用热水淬火T61来提高强化效果。特别是对冷却速度敏感性较高的Mg-RE-Zr系合金常常采用热水淬火。例如，Mg（2.2~2.8）%Nd-（0.4~1.0）%Zr-（0.1~0.7）%Zn合金经过T6处理后其强度比相应的铸态合金高（40~50）%而T61处理后可以提高（60~70）%，且伸长率仍保持原有水平。
表5-7列出了镁合金铸件和变形制品推荐采用的固溶和时效处理工艺。
表5-7 镁合金铸件和变形制品推荐采用的固溶和时效工艺[1]
注：适于截面厚度≤50mm的铸件，截面厚度>50mm的铸件在同一温度下的保温时间更长
5.1.4 二次热处理[1]
通常情况下，当镁合金铸件经热处理后其力学性能达到了期望值时，很少再进行二次热处理。不过，如果镁合金铸件热处理后的显微组织中化合物含量过高，或者在固溶处理后的缓冷过程中出现了过时效时，就要求进行二次热处理。大部分镁合金在二次热处理时晶粒不易过分长大。为了防止晶粒过分长大，Mg-Al-Zn合金进行二次热处理时的固溶时间应该限制在30min以内（假设在前面热处理过程中铸件的厚截面部分已充分固溶）。
5.1.5 氢化处理[5]
氢化处理可以显著提高Mg-Zn-RE-Zr合金的力学性能。在Mg-Zn-RE-Zr合金中，粗大块状的Mg-Zn-RE化合物沿晶界呈网状分布，这种合金相十分稳定，很难溶解或破碎。Mg-Zn-RE-Zr合金在氢气中进行固溶处理（753K左右）时，H2沿晶界向内部扩散，并与偏聚于晶界的MgZnRE化合物中的RE发生反应，生成不连续的颗粒状稀土氢化物。由于H2与Zn不发生反应，从而当RE从MgZnRE相中分离出来后，被还原的Zn原子溶于α固溶体中，导致固溶体中锌过饱和度增加。Mg-Zn-RE-Zr合金时效后在晶粒内部生成了细针状的沉淀相（β”或β’）且不存在显微疏松，从面合金强度显著提高，伸长率和疲劳强度也明显改善，综合性能优异。表5-8列出了ZM8合金氢化处理前后的力学性能。
表5-8 ZM8合金氢化处理前后的力学性能
由于H2在镁中的扩散速度小，因此Mg-Zn-RE-Zr合金厚壁件的氢化处理时间极长。例如，ZE63合金（Mg-5.8%Zn-2.5%RE-0.7%Zr，与ZM8相当）在753K和latm（101325Pa）下H2的渗入速度仅为6mrn/24h，平均每4h渗人1 mm。增加H2的压力可以提高渗入速度，但是由于氢化物的形成速度很慢，所以氢化处理通常只适用于薄壁件。
5.2 热处理工艺参数的影响[1,6,7]
工件尺寸和截面厚度、工件尺寸与炉膛体积容量的比例关系以及铸件在炉膛中的放置方式等都是影响金属热处理工艺的主要因素，对镁合金铸件也不例外。
5.2.1 截面厚度
表5-7列出的热处理时间对中等截面厚度的镁合金铸件在正常装炉量下进行热处理时比较理想。厚截面（50mm以上）镁合金铸件的固溶时间应该适当延长，通常是同一固溶温度下保温时间的2倍。例如，AZ63A铸件常用的固溶工艺是658K/12h，但是当截面厚度超过50mm时，宜采用658K/25h。类似地为了防止AZ92A铸件中晶粒的过分长大，宜选用的固溶处理工艺是678K/6h和678K/10h；但是当铸件截面厚度超过50mm时，宜采用678k/19h 的固溶处理工艺。
通过观察镁合金铸件厚截面处中心的显微组织可以判断固溶时间是否合适。如果铸件截面中心的显微组织中化合物含量少，那么说明铸件已进行充分热处理。
5.2.2 加热温度和保温时间
目前，镁合金件厚度与固溶加热时间的关系尚未完全确定。由于镁合金的热导率高面且
体积比热容低，因此可以很快达到保
温温度。通常是先装炉，当装满工件
的炉子升温至规定温度时开始计算
保温时间。影响保温时间的因素很
多，主要有加热炉的种类和容积、装
炉量、工件的尺寸和截面厚度，以及
工件在炉内的排列方式等。当炉子容
积较小，且装炉量大、工件尺寸较大
且截面厚度大于25mm时，必须考
虑适当地延长保温时间。
从图5-1~图5-4中的数据可以
看出，镁合金的力学性能随着表5-7
中热处理时间和温度的变化在很宽
范围内发生变化。虽然QE22A-T6
的试棒经过813K/ 4h固溶处理后可
以获得最高的力学性能，如图5-1所
示，但是经过798K（980°F）固溶处
理后铸件由于塌陷而产生的变形比前者小。在813K以上固溶时还存在局部重熔的危险。
图5-2 时效时间和温度对QE-T6合金拉伸性能的影响[1]
圆棒试样，由Φ25mm的铸造试棒加工而成
1ksi=6894.76kPa
图5-3 时效时间和温度对AZ63A和AZ92A砂铸件屈服强度的影响
1ksi=6894.76kPa
5.2.3 装炉状态
装炉前必须将镁合金工件表面的粉尘、细屑、油污和水汽等清除干净，保证表面清洁和干燥，特别是高温固溶处理时要尤为注意。由于不同镁合金的熔点不同，因此同一炉次只能装一种合金。镁合金工件必须在炉内排列整齐，且相邻工件间应预留足够的空隙，以便于热风流通，保证温度均匀性。
图5-4 时效时间对WE54A-T6合金硬度和拉伸性能的影响[1]
时效温度为523K，圆棒试样，从25mm厚的砂型铸板上截取加工而成
1ksi=6894.76kPa
相邻工件间应预留足够的空隙，以便于热风流通，保证温度均匀性。
5.3 热处理设备和质量控制[1,5,7]
5.3.1 热处理设备
通常使用电炉或燃气炉对镁合金进行固溶处理和人工时效，炉内需要配备高速风扇或者其他可用来循环气体以提高炉温均匀性的装置，炉膛工作区的温度波动必须控制在±5K范围内。加热炉同时需要配置可靠性高的超温断电装置和报警系统。由于固溶处理的保护气氛中有时含有SO2，从而使用气密性好且有保护气体人口的炉子比较合适。此外，热处理炉内还必须装有足够的热电偶，以便能连续、实时地测量炉温，炉内任何一点的温度都不能超过最
高允许温度。热源必须屏蔽良好，以免镁合金工件因受热辐射而产生局部过热。在使用不锈钢作屏蔽装置时，必须避免加热过程中钢件的氧化皮落在镁合金工件上，否则会导致工件腐蚀。镁合金在热处理时较少采用盐浴，禁止使用硝盐。
5.3.2 热处理质量控制
5.3.2.1 装炉温度
Mg-Al-Zn系合金在进行固溶处理时，应该在533K左右装炉，然后缓慢升温至合适的固溶温度以防止共晶化合物发生熔化而形成熔孔。从533K升温至固溶温度所需的时间取决于装炉量，工件的成分、尺寸、质量和截面厚度等，通常为2h。其他所有可以热处理强化的镁合金可分别在固溶温度和时效温度下装炉，保温适当时间后在静止的空气中冷却。
5.3.2.2 温度控制
镁合金在热处理时对温度控制精度的要求较为严格，固溶处理时允许的最大温度波动范围为士±5K。因此，需要精确控制热处理炉的炉温并保证其温度分布均匀，同时要求炉子具有良好的密封性。
5.3.2.3 变形控制
镁合金在加热时强度会降低，从而工件在自重作用下容易变形。同时，工件中的应力在加热过程中被逐步释放或消除，也可能导致镁合金工件弯曲口镁合金工件的变形或弯曲在很大程度上受工件尺寸、形状和截面厚度的影响。因此，需要根据这些因素和工件尺寸精度的要求，采用合适的支撑方法或选择适当的放置位置来减轻或消除镁合金工件的变形。有时，人们采用专门的夹具和支架来防止工件变形。不论采取何种措施，都不应该影响工件周围的热循环。采用夹具等措施虽然能够减小工件的弯曲和变形，但是某些镁合金铸件在热处理后仍然需要矫直。在固溶处理后人工时效前进行矫直比较合适。
5.3.2.4 淬火介质
镁合金固溶体的分解速率小，因而固溶处理后通常需要在静止的空气中淬火。如果是厚截面工件且装炉密度大，那么宜选择人工强制气冷.QE22A合金例外。QE22A合金在333~368K下水淬可以获得最佳的力学性能，但是其工件会因剧烈的水淬而变形，因此可以选择冷却速度高于3K·S-1的空冷淬火口镁合金工件选用乙二醇或者油作为淬火介质时可以获得良好的力学性能，同时工件变形程度小。表5-9列出了不同淬火介质对QE22A-T6合金平均拉伸性能的影响。
表5-9 不同淬火介质对QE22A-T6合金平均拉伸性能的影响[1]
①σ0.2。
②标距50mm内。
③用Φ25mm的铸造试棒加工而得的圆棒试样测得各性能值。
④用铸件加工而得的圆棒试样测得各性能值。
5.4 热处理用保护气氛[1,5,7]
5.4.1 使用保护气氛的必要性
通常，镁合金进行固溶处理时都使用保护气氛。根据镁合金铸件热处理操作的有关标准，当固溶温度超过673K时必须使用保护气氛，以防止镁合金铸件表面氧化（表面氧化严重时铸件的强度会降低）和燃烧。
保护气体在热处理炉内循环流动，其循环速率要快，以便所有工件的温度分布均匀一致，其中最小循环速率随热处理炉设计和实际装炉情况的不同而变化。
5.4.2 保护气氛的种类和选择
SF6、SO2和CO2是镁合金热处理时最常用的三种保护气氛。此外，某些惰性气体（如Ar、He等）也可用作保护气氛，但因其成本高而很少实际应用。SO2可以是瓶装的，也可以随炉加人一些黄铁矿（FeS2），每立方米炉膛容积加人1~2kg，加热时黄铁矿分解放出SO2气体。CO2可以是瓶装的，也可以从燃气炉中的循环气体中获得。CO2与（0.5~1.5）Vol.% SF6组成的混合气体可以防止镁合金在873K以上发生剧烈燃烧。在镁合金没有熔化的情况下，体积分数为0.7%（最小0.5%）的SO2可以防止镁合金在838K下剧烈燃烧一，体积分数为3%的CO2可以防止其在783K下燃烧，体积分数为5%的CO2可以在813K左右为镁合金提供保护。
SF6具有无毒、无腐蚀性的优点，但是其价格远高于SO2或CO2，SO2也比等体积的CO2贵得多，但是由于保护气氛中SO2的体积分数只是CO2体积分数的1/6，从而使用SO2瓶装气体作为保护气氛成本也较低。如果使用燃气炉，则可以循环利用燃烧气体制备保护气氛，此时使用CO2成本较低。
由于SO2会形成腐蚀性的硫酸，对炉中设备有腐蚀作用，所以使用SO2作为保护气氛时要求经常清理沪子的控制和夹紧装置并更换炉子部件。SO2对铝合金也有腐蚀作用，因此不能在镁合金热处理沪中处理铝合金。如果确实需要在同一炉膛中处理镁、铝合金，则应使用CO2保护气体。
5.5 镁合金的热处理
5 .5.1 Mg-Al系
Mg-Al二元合金的时效析出过程为α→β（Mg17Al12），即从过饱和固溶体中直接析出稳定性较高的β相。β相可以在晶粒内连续析出，也可以在晶界上不连续析出，形成球状或网络状组织。
向Mg-Al二元合金中添加Zn元素后形成Mg-Al-Zn三元合金（如AZ91），由于Zn含量比Al含量低，从而Mg-Al-Zn合金的基本时效析出过程与Mg-A1二元合金相同，并且由于锌的作用使得Mg-Al-Zn合金的时效过程比Mg-Al合金更显著，时效强化效果更好。不同时效处理工艺下AZ91合金的时效硬化曲线如图5-5所示。
长时间均匀化退火可以消除镁合金铸锭中的枝晶偏析和内应力，提高其塑性。Mg-Al-Zn 系合金铸锭的均匀化退火工艺见表5-10。由于Al、Z n等合金元素的扩散速率十分小，因此Mg-Al-Zn系合金达到平衡状态所需的均匀化退火时间很长（MB15合金为693K/60h均匀化退火）。长时间加热将导致镁合金铸锭表面严重氧化，所以很多情况下Mg-Al-Zn系合金铸锭可以不进行均匀化处理而直接进行热变形。Mg-Al-Zn系合金常用的热处理工艺见表5-11。
表5-10 Mg-Al-Zn系合金铸锭的均匀化退火工艺
表5-11 Mg-Al-Zn系合金常用的热处理工艺
MB2、MB3和MB5合金中的合金元素含量较低，Mg17Al12，强化相数量较少，所以无法通过热处理强化。这些合金的惟一热处理方式是退火。MB6和MB7合金中的合金元素含量较高，强化相数量较多，可以进行热处理强化。
5.5.2 Mg-Zn系
Mg-Zn合金的时效析出过程比较复杂，分为四个阶段，即α→G.P.区→β1’ →β2’ →β，其中析出β1’相时合金强度最高.Mg-Zn合金可以通过低温预时效形成G.P.区，在较高温度时效得到微细的棒状β1’相，但是G.P.区硬化效果不明显。由于β1’析出相周围的界面产生共格应变，使析出强化更显著。向Mg-Zn合金中添加微量稀土元素具有抑制品β1’相析出的作用，从而推迟过时效。Mg-Zn合金添加Cu可以提高β1’相和β2’相的析出密度，增强时效强化效果，提高合金的高温强度。
Mg-Zn二元合金的晶粒粗大，力学性能低，在生产实际中很少应用。向Mg-Zn合金中
添加少量Zr后能显著细化晶粒，提高合金强度。Mg-Zn-Zr系合金（如MB15）是目前应用最多的变形镁合金之一。MB15合金的热处理强化方式有两种，分别为热变形+人工时效和固溶处理+人工时效，两种方法处理后合金的强度相差不大，但是固溶处理+人工时效态的塑性比热变形+人工时效态的低，因此生产实际中一般采用热变形后直接人工时效的工艺，只在个别情况下才选择先固溶处理后人工时效的工艺。MB15合金的热处理工艺见表5-12。
表5-12 MB15合金的热处理工艺
有研究表明，Mg-Zn合金中添加Ca后可以形成高熔点的化合物，从而提高合金的高温性能。此外，Ca还具有细化晶粒的作用，提高Mg-Zn合金的可加工性，同时通过在表面形成保护性氧化膜来提高合金的抗蚀性。Ca2Mg6Zn3相是Mg-Zn-Ca三元合金在凝固初期形成的主要枝晶间相。Mg-6mass%Zn-（0.1~0.3）mass.% Ca合金的显微组织中含有MgZn析出相和沿晶界形成的Ca2Mg6Zn3相。在含钙量高的合金[Mg-6mass%Zn-（0.5~0.7）mass.% Ca 合金]中只含有沿晶界形成的Ca2Mg6Zn3相。与Mg-Zn二元合金相比，Mg-Zn-Ca合金的时效强化效果减弱，并随钙含量的增加而减小。
5.5.3 Mg-Mn系
Mg-Mn合金的时效析出过程为: α→α-Mn（立方晶），中间没有生成亚稳相，其中α-Mn 相呈棒状。由于Mg与Mn不形成化合物，因此固溶体中析出的α-Mn相实际上是纯Mn，强化作用很小，因此Mg-Mn系合金没有明显的时效强化效果。通常在Mg-Mn合金中添加一些Al以形成MnAl、MnAl6和MnAl4等化合物相粒子，它们在时效过程中析出后起强化作用。
Mg-Mn系MB 1和MB8合金的完全退火工艺见表5-13。
表5-13 Mg-Mn系MB 1和MB8合金的完全退火工艺
①MB8合金板材要求较高强度时，可在533~563K退火；要求较高塑性时，可在593~623K退火。
5.5.4 Mg-RE系
狭义的稀土元素是指由镧（La）到镥（Lu）的15种镧系元素，广义的稀土元素则还包括鈧（Sc）和钇（Y），共17种元素。这些元素的性质极其相似，在镁中的固溶度较大，且固溶度随温度的降低而急剧减小，在470K附近仅为最大固溶度的1/10。表5-14列出了稀土元素在镁中的最大固溶度以及与镁基固溶体共存的化合物相。数据表明，除Sc以外的稀土元素与镁在780~890K温度范围内均存在共晶反应。
图5-6 473K 时几种Mg-RE 合金的时效
硬化曲线[9]
表5-14 稀土元素在镁中的最大固溶度以及与镁基固溶体共存的化合物相[9]
稀土镁合金在773~803K 固溶处理后可以得到过饱和固溶体，然后在423~523K 附近时效时均匀弥散地析出第二相，获得显著的时效强化效果[9]。其时效析出的一般规律是在时效初期形成六方D019型结构；时效中期析出β'相，并可以获得最高强度；时效后期的析出相为平衡析出相。由于稀土元素在镁中的扩散速率较低，析出相的热稳定性很高，所以Mg-RE 合金具有优异的耐热性和高温强度。典型的Mg-RE 系合金在各时效阶段的析出相及其晶体结构见表5-15。图5-6所示为473K 时几种Mg-RE 合金的时效硬化曲线。
表5-15 各时效阶段中Mg-RE系合金的析出相及其晶体结构（a Mg和c Mg为Mg的晶格常数）[9]
图5-7 Mg-Y合金中添加Sm、Nd和Zr前后的时效硬化曲线
G.W.Lorimer等[10]研究了含钇（Y）、钆（Gd）或镝（Dy）的Mg-RE合金的显微组织和拉伸性能，结果表明添加Gd后可获得更高体积分数的β1和β相，并加速了β''和β'相的析出，因此含Gd的Mg-RE合金的拉伸性能优于含Dy或Y的Mg-RE合金。
有研究表明，对于同时含有两种不同系RE元素的镁合金而言，两种稀土元素均会降低对方在镁基体中的固溶度，并改变对方从过饱和镁基固溶体中时效析出的动力学过程[11]。同时，由于其中一种稀土元素会溶入另一种的析出相中，从而大大提高了时效强化效果。图5-7所示为Mg-Y合金中添加Sm、Nd和Zr前后的时效硬化曲线。
5.5.5 Mg-Th系
862K时Th在镁中的最大溶解度为4.5mass.%，其溶解度随温度降低而减小，因此Mg-Th 合金可以进行热处理强化。目前，对Mg-Th系合金时效过程的了解还不十分清楚，但一般认为其时效序列为：αβ''相（D019型规则结构）β相[4]。此外，也可以认为在β相的前段形成半共格的β1'相（六方晶）或β2'相（面心立方晶）。这些析出相的热稳定性高，且高温下不易软化，因此Mg-Th合金的耐热性能优异。
5 .5 .
6 Mg-Ca系
有关Mg-Ca系合金时效析出过程的研究还不充分，一般认为时效过程可以析出六方晶Mg2Ca稳定相。此外，向Mg-1mass.% Ca合金中添加1mass.%Zn后时效强化效果显著增强[4]。
5.5.7 Mg-Ag-RE（Nd系）[12]
Ag在镁中的最大固溶度为15.5mass.%，比Y（12.4mass.%）和Al（12.7mass.%）高，并且与Nd和Mg形成Mg12Nd2Ag相，能产生明显的时效强化效应。Mg-Ag-RE（Nd）系合金的时效析出过程极为复杂，当银含量小于或等于2 mass.%时合金的析出过程与Mg- RE合金的相同，主要形成MgN相；当银含量大于2 mass.%时可以通过两种沉淀反应析出平衡相Mg12Nd2Ag，即：
当β相和γ相共存时合金的硬度最高。
QE22合金（Mg-2.5%Ag-2%RE（Nd）-0.7%Zr）的典型热处理工艺（T6）为：798K/4~8h 固溶处理，冷水淬火；473K/8~16h人工时效，空冷。
5.6 镁合金热处理后的性能表5-16给出了常用镁合金的热处理工艺及标准力学性能。
表5-16 常用镁合金的热处理工艺及标准力学性能[12]
注：JIS—日本机械工业协会标准；MC—铸造材；MB—挤压棒材；MS—挤压型材。
5.7 热处理缺陷及其消除方法[5,7]
镁合金热处理时容易产生的五种常见缺陷是：氧化、过烧、弯曲与变形、晶粒异常长大和性能不均匀。
5.7.1 氧化
如果镁合金工件进行热处理时没有使用保护气体，则会发生局部氧化甚至在炉内起火燃烧。通常向热处理炉内通人（0 .5一1.5）V ol.%S认或（3~的V0}.%CO }，或含（0 .5一}.。的Cq保护气体，或惰性气体来避免镁合金工件的氧化。惰性气体由于成本过高而较少应用。此外，需要保证炉膛的清洁、干燥和密封。
5.7.2 过烧
加热速度太快、加热温度超过了合金的固溶处理温度极限，以及合金中存在较多的低熔点物质时，镁合金工件容易出现过烧现象。通常采用分段加热或从533K升温至固溶处理温度的时间要大于2h，并将炉温波动控制在+5K范围以内，以及降低锌含量至规定的下限等方法来避免镁合金工件的过烧。
5.7.3 弯曲与变形
热处理过程中没有使用夹具或支架、工件缺少支撑以及热量分布不均匀等都会导致镁合金工件弯曲和变形。为了减小或消除镁合金工件的弯曲与变形，需要对以下几个方面加以注意。对于截面薄、跨度长的工件需要支撑；对于形状复杂的工件应使用夹具或成形支架等；对于壁厚不均匀的工件将薄壁部分用石棉包扎起来。同时，需要合理放置炉内工件以保证炉
内气氛的良好循环和热量的均匀分布。通过退火处理可以消除铸件中的残余应力。此外，在
热处理过程中加热速度要保持适中。
5.7.4 晶粒异常长大
逐层凝固时使用冷铁，导致局部冷却太快，如果随后热处理时没有预先消除内应力则容易导致镁合金出现晶粒异常长大现象。热处理前进行消除应力处理、铸造时注意选择适当的冷铁以及固溶处理时采用间断加热法可以有效避免镁合金晶粒的异常长大。
5.7.5 性能不均匀
炉温不均匀、炉内热循环不充分或者炉温控制不精确、厚截面工件的固溶处理时间不够和工件冷却速度不均匀等是导致镁合金工件性能不均匀的主要原因。防止镁合金性能不均匀的主要措施有：用标准热电偶校对炉温；控制炉温的热电偶要放在炉温要求均匀的地方；装炉时必须保证炉内充分的热循环；定期检查加热炉的控温装置以确保其工作正常；对于厚截面工件适当延长固溶处理时间以获得完全均匀一致的组织；必要时进行二次热处理。
5.8 铸件的尺寸稳定性[1,6]
所有的铸造镁合金在368K 左右正常使用时都具有良好的尺寸稳定性，几乎没有尺寸变化。某些Mg-Al-Mn 和Mg-Al-Zn 铸造合金在368K 以上保温较长时间后，尺寸会缓慢增大，见图5-8和图5-9，Mg 17Al 12相的析出是铸件尺寸不稳定的主要原因。由于母相和析出相的密度不同，因此铸件尺寸会发生变化。随着Mg 17Al 12相的不断析出，铸件的尺寸变化逐渐减小，经T6态处理后Mg-Al 系合金铸件的尺寸稳定性比T4态的高。Mg-Al 系合金铸件仅通过T5处理也能改善力学性能和提高尺寸稳定性。
与Mg-A1-Zn 合金的长大特性相反，以RE 和Zr 为主要合金化元素的镁合金（通常以T5或T6态使用）在高温下长时间保温时会出现尺寸收缩现象，见表5-17中数据。
图5-8 时效时间和温度对固溶态AZ63A 、AZ92A 和AZ91C 尺寸长大趋势的影响[1] 图5-9 时效时间和温度对固溶态AZ63A 和
AZ92A 和尺寸长大趋势的影响[1]
表5-17 高温下EZ33A-T5铸造镁合金的尺寸收缩[1]（单位长度收缩量100μm/m-1）
5.9 热处理质量的检测[1,7]
5.9.1 硬度试验
硬度试验具有速度快、操作简单、可以在热处理工件上直接进行而无需专门试样等优点。其中最常用的是布氏和洛氏硬度试验，但是对于薄截面镁合金工件有时也采用洛氏表面硬度试验。晶粒较大、硬度较低的镁合金宜采用布氏硬度计测定硬度，以获得最佳试验结果。镁合金的强度通常随硬度的增加而提高，然而由于与硬度对应的强度指标很分散，因此不能用硬度计算强度，所测得的硬度值仅仅作为评定镁合金热处理质量的参考。
5.9.2 拉伸试脸
拉伸试验能更准确地衡量镁合金的热处理质量，但是试验时需要专门的拉伸试样。虽然镁合金铸件经过机加工后得到的试样更能代表铸件的真实性能，但是一般采用单独铸造后不经机加工的试样。通常按照ASTM标准进行试验，以保证试验结果的一致性。
5.9.3 显微组织检查
热处理态镁合金制成金相试样后检查显微组织，并与标准的组织照片比较，可以衡量镁合金的热处理质量。检查内容主要包括：铸造合金中的粗大化合物、铸造合金经过不适当固溶处理后的孔隙和熔孔、铸造和变形合金的晶粒度以及挤压、锻造或轧制合金中的粗大化合物。
显示镁合金金相显微组织所用的浸蚀剂见表5-18。
表5-18 显示镁合金金相显微组织所用的浸蚀剂[3]
5.10 镁合金热处理安全技术[1,5]
不正确的热处理操作不但会损坏镁合金铸件，而且可能引起火灾，因此必须十分重视热处理时的安全技术。
加热前要准确地校正仪表，检查电气设备。装炉前必须把镁合金工件表面的毛刺、碎屑、油污或其他污染物及水汽等清理干净，并保证工件和炉膛内部的干净、干燥。镁合金工件不宜带有尖锐棱角，而且绝对禁止在硝盐浴中加热，以免发生爆炸。生产车间必须配备防火器具。炉膛内只允许装人同种合金的铸件，并且必须严格遵守该合金的热处理工艺规范。
由于设备故障、控制仪表失灵或操作错误导致炉内工件燃烧时，应当立即切断电源，关闭风扇并停止保护气体的供应。如果热处理炉的热量输入没有增加，但炉温迅速上升且从炉中冒出白烟，则说明炉内的镁合金工件已发生剧烈燃烧。
绝对禁止用水灭火。镁合金发生燃烧后应该立刻切断所有电源、燃料和保护气体的输送，使得密封的炉膛内因缺氧而扑灭小火焰。如果火焰继续燃烧，那么根据火焰特点可以采取以下几种灭火方法。
如果火势不大，而且燃烧的工件容易安全地从炉中移出时，应该将工件转移到钢制容器中，并且覆盖上专用的镁合金灭火剂。如果燃烧的工件既不容易接近又不能安全地转移，则可用泵把灭火剂喷洒到炉中，覆盖在燃烧的工件上面。
如果以上几种方法都不能安全地灭火，则可以使用瓶装的BF2或BCl3气体。BF3气体通过炉门或炉壁中的聚四氟乙烯软管将高压的BF3气体从气瓶通入炉内，最低含量为0.04Vol.%。持续通人BF3，直到火被扑灭而且炉温降至4以下再打开炉门。}1}气体也通过炉门或炉壁中的管道导人炉内，含量约为0. 4V01.。为了保证足够的气体供应，最好给气瓶加热。B；1}可与燃烧的镁反应生成浓雾，包围在工件周围，达到灭火目的。持续通人B；1}，直到火被扑灭而且炉温降至643K为止，在完全密封的炉子内，可以使用炉内风扇使得BF2或BCl3气体在工件周围充分循环。
BCl3是优先选用的镁合金灭火剂，但是BCl3的蒸气具有刺激性，与盐酸烟雾一样，对
人体健康有害。BF3在较低浓度下就能发挥作用，同时不需要给气瓶加热就能保证BF3气体
《金属学与热处理》复习题 绪论 基本概念： 1.工艺性能:金属材料适应实际加工工艺的能力。（分类） 2.使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力。（分类） 3.组织：用肉眼，或不同放大倍数的放大镜和显微镜所观察到的金属材料内部的情景。 宏观组织：用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的组织。 （金属内部的各种宏观缺陷） 显微组织：用100-2000倍的显微镜所观察到的组织。 （各个组成相的种类、形状、尺寸、相对数量和分布，是决定性能的主要因素）4：结构：晶体中原子的排列方式。 第一章 基本概念： 1.金属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。 2.金属键；金属正离子和自由电子之间相互作用而形成的键。 3.晶体：原子（离子）按一定规律周期性地重复排列的物质。 4.晶体特性：(原子)规则排列；确定的熔点；各向异性；规则几何外形。 5.晶胞：组成晶格的最基本的几何单元。 6.配位数:晶格中任一原子周围与其最近邻且等距的原子数目。
7.晶面族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶面称为晶面族。 8.晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。 9.多晶型性：当外部条件（如温度和压强）改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。又称为同素异构转变。 10.晶体缺陷：实际晶体中原子排列偏离理想结构的现象。 11.空位：晶格结点上的原子由于热振动脱离了结点位置，在原来的位置上形成的空结点。 12.位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规则的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动。 13.柏氏矢量：在实际晶体中沿逆时针方向环绕位错线作一个闭合回路。在完整晶体中以同样的方向和步数作相同的回路，由回路的终点向起点引一矢量，该矢量即为这条位错线的柏氏矢量。 14.晶粒：晶体中存在的内部晶格位向完全一致，而相互之间位向不相同的小晶体。 15.各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶体在不同方向上的性能有所差异。 16.伪各向同性：由于多晶体中各个晶粒的位向不同，所以不表示出单晶体的各向异性。 17.小角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 18.大角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 基础知识： 1.三种典型金属结构的晶体学特点。（点阵常数，原子半径，晶胞内原子数，配位数，致密度，间隙种类及大小）
《金属学与热处理》课程教学大纲 课程名称：金属学与热处理课程代码: 05224040 课程类型：专业必修课程 学分：3 总学时：48 理论学时：32 实验学时：16 先修课程：高等数学材料力学适用专业：材料成型与控制技术、模具设计与制造 一、课程性质、目的和任务 本课程是“材料成型与控制技术、模具设计与制造”专业的专业必修课，是学习材料专业课的技术基础课。它在基础课和专业课之间起桥梁作用。只有在修完本课程之后，才能进入其他专业课的学习。开设该课程的目的主要是向学生阐述金属学与热处理的基础知识，任务是使学生通过该课程的学习，掌握金属材料的成份、组织结构、热处理工艺与性能之间的相互关系及其变化规律，熟悉热处理基本工艺和常用工程材料的种类、成份、组织、性能特点，为后续专业课的学习奠定基础。 二、教学基本要求 1、知识、能力、素质的基本要求 通过本课程的学习，应使学生掌握金属学与热处理的基础知识，即金属及合金的成分、组织、结构与性能之间的相互关系及其变化规律；初步学会使用金相显微镜对金属及合金的组织进行观察及相应的实验能力；具备能用所学理论对金属材料热处理的一些实际工程问题进行分析的素质。 2、教学模式基本要求（课程主要教学环节要求，教学方法及手段要求） 本课程的特点是理论抽象，空间结构多且复杂，理论性叙述多，计算内容少。针对这些特点，在教学时应尽量结合工程实例来加深对基础理论的理解；有关金属组织的认识和识别对初学者来说是难度很大的内容，必须配合实验来加深认识。 三、教学内容及要求 第一章金属的晶体结构 要求学生掌握三种常见金属的晶体结构、晶体学基本概念、实际金属中三类晶体缺陷、合金中的两类基本相。 第二章纯金属金属的结晶 要求学生掌握结晶的规律，结晶基本过程以及结晶后获得细晶粒的方法，了解晶核长大机理、铸锭组织形成过程、铸锭组织结构与性能特点。 第三章二元合金相图 要求学生掌握二元合金相图的建立方法，熟悉匀晶相图．共晶相图、包晶相图的结构，正确地分析相应合金的结晶过程，画出示意图，并能熟练地运用杠杆定律计算相组成物的相
镁合金热处理过程中组织 与相的变化 Prepared on 24 November 2020
镁合金热处理过程中组织与相的变化摘要：本文研究了AZ91D等温热处理过程中的溶质扩散、晶界熔化、晶粒合并以及相变等对枝晶球化过程的影响。结果表明:随着热处理时间的延长，晶粒逐渐球化，而且发生合并现象；同时在界面能降低的驱使下，通过溶质原子的扩散,晶粒内部包裹小液滴；半固态部分重熔过程中经历以下相变：β→α，α +β→L，α→L。 关键词：AZ91D镁合金；等温处理；相变 The Research of Organization and Phase Change of Magnesium Alloy during Isothermal Heat Treatment Abstract: The effect of solute diffusion and the grain boundary melting and grain merger and phase transitions on dendrite spheroidzing process is researched during the isothermal heat treatment. The results show that the grains gradually spheroidize and appear the merger phenomenon with extending the heat treatment the same time, owing to decreasing interfacial energy; the packed small liquid drop form intra - grain by the diffusion of solute atoms, There is the following phase transition: β→α,α+β→L,α→L during The semi-solid remelting. Key words:AZ91D magnesium alloy; isothermal treatment; phase transition 1、概述 镁合金是现代金属结构材料中最轻的一种，以其密度低、比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、电磁屏蔽好及价格稳定等优点，近年来在航空航天、仪器制造、国防和电子工业等领域，尤其是汽车工业中获得日益广泛的应用[1]。 镁合金半固态成具有成形温度低、凝固收缩小、缺陷和偏析减少、晶粒尺寸细小、模具寿命延长等优点,被专家学者誉为21世纪新一代新兴金属加工方法。但是,要实现镁合金的半固态成型，首先必须制备初生相为颗粒的非枝晶组织合金。国内外研究者常用的枝晶粒化方法为机械搅拌法或电磁搅拌法。由于机械搅拌法的工艺参数难以控制、搅拌设备易磨损和腐蚀、不适应与高熔点合金和易氧化合金,因此该法很难在工业上推广应
14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？ 答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。 固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。 固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。 影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构 何谓柏氏矢量？ 答：柏氏矢量：不但可以表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变的大小和方向，从而使人们在研究位错时能够摆脱位错区域内原子排列具体细节的约束 1、名词解释： 过冷现象：结晶时，实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。在一定压力下,当液体的 温度已低于该压力下液体的凝固点,而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象 结构起伏液态金属中近程有序的原子集团处于瞬间出现、瞬间消失、此起彼伏、变化不定 的状态之中，仿佛在液态金属中不断涌现出一些极微小的固态结构一样。这种不断变化的近 程有序原子集团成为结构起伏。 能量起伏液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地 变化，时高时低的现象。 2、根据结晶的热力学条件解释。为什么金属结晶时一定要有过冷度？冷却速度与过冷度有什么关系？ 答：由热力学第二定律知道，在等温等压条件下，一切自发过程都朝着使系统自由能降低的方向进行。液态金属要结晶，其结晶温度一定要低于理论结晶温度Tm，此时的固态金属自由能低于液态金属的自由能，两相自由能之差构成了金属结晶的驱动力。要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要使实际结晶温度低于理论结晶温度，这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越大，液、固两相自由能的差值越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快，所以金属结晶必须有过冷度。冷却速度越大，过冷度越大；反之，冷却速度越小，则过冷度越小. 12、常温下晶粒大小对金属性能有何影响？根据凝固理论，试述细化晶粒的方法有哪些？答：金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好。 细化晶粒的方法： 1）控制过冷度，在一般金属结晶时的过冷度范围内，过冷度越大，晶粒越细小；2）变质处理，在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒；3）振动、搅动，对即将凝固的金属进行振动或搅动，一方面是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加. 3、何谓枝晶偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响,如何消除？ 2）答：枝晶偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析，由于固溶体晶体通常是树枝状，枝干，枝间的化学成分不同，所以之为枝晶偏析。形成原因：固溶体合金平衡结晶的结果，使前后从液相中结晶出的固相成分不同，再加上冷却较快，不能使成分扩散均匀，结果就使每个晶粒内部的化学成分很不均匀，先结晶的含高熔点组元多，后结晶的含低熔点组元多，再结晶内部存在浓
金属学与热处理复习题
第一章复习题 晶向指数相同，符号相反的为同一条直线 原子排列相同但空间位向不同的所有晶向 晶面指数的数字和顺序相同，符号相反则两平面互相平行 晶面的空间位向不同但原子排列相同的所有晶面 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl）平行时hu+kv+lw=0 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl）垂直时h=u，K=v，l=w 晶体的各向异性原因: 在不同晶面上的原子紧密程度不同 纯铁冷却时在912 发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密 度降低，晶体体积，原子半径发 生。 面心立方晶胞中画出） 11晶面和]211[晶向 （2 刃型位错的四个特征（作业） 螺型位错的四个特征（作业） 面心立方（FCC）体心立方（BCC）密排六方（HCP）晶胞原子数
原子半径 配位数 致密度 同素异构转变定义--18页 晶体缺陷的分类： 常见的点缺陷： 常见的面缺陷： 第二章复习题 一、填空 1、金属结晶两个密切联系的基本过程是和 2 、金属结晶的动力学条件为 3 、金属结晶的结构条件为 4 、铸锭的宏观组织包括 5、如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的晶粒更细，高 温浇注的铸件晶粒比低温浇注的晶粒粗大，采用振动浇注的铸件晶 粒比不采用振动的晶粒更细，薄铸件的晶粒比厚铸件晶粒更细。 二、问答 1、金属的结晶形核45页 2、金属的长大的要点52页 2、铸锭三晶区名称及形成过程（柱状晶为重点） 3、影响柱状晶生长的因素56-57页 三、名词解释： 1、细晶强化 2、变质处理 3、铸造织构 第三章二元合金的相结构与结晶作业题（复习题） 1、概念 合金、相、固溶体、固溶强化、、离异共晶、伪共晶 2、填空
毕业论文方案设计 （WE镁合金的时效热处理研究） 学院：化学化工学院姓名：学号： 第一步：开炉（获得WE43、WE54镁合金工件）并对镁合金工件进行初步的处理 1.截面应控制在25mm 2.保证镁合金表面清洁和干燥 3.镁合金的长度待定 第二步：查资料得出未经处理WE镁合金的A.金相 B.硬度 C.室温静拉伸力D.XRD物相分析 第三步：对镁合金工件进行固溶处理， 合金状态 热处理工艺（固溶处理）温度（K）时间（h） WE43A T6 789 4—8 WE54A T6 789 4—8 注：（T6）固溶处理+人工时效 注意事项：1.先装炉，炉子升温到规定温度时开始计算保温时间 2.温度控制在±5K 3.在338K的清水或其他介质中从固溶温度处淬火 4.如果镁合金铸件热处理后的显微组织中化合物含量过高，或者在固溶处理后的缓冷过程中出现了过时效时，就要进行二次热处理，时间要限制在30min 以内。 5.一般从533K升温至固溶处理时间要大于2h 第四步：通过仪器测出经过固溶处理后WE镁合金的A.金相 B.硬度 C.室温静拉伸力 D.XRD物相分析 第五步：对镁合金工件进行人工时效处理 合金状态热处理工艺（人工时效处理）温度（K）时间（h） WE43A T6 523 16 WE54A T6 523 16 第六步：通过仪器测出经过人工时效处理后WE镁合金的A.金相 B.硬度 C.室温静拉伸力 D.XRD物相分析 第七步：分析各种性能变化的原因 注：显微组织检查 侵蚀剂组成侵蚀时间（s）操作程序应用范围 浓硝酸0.5ml+乙醇 99.5ml 5—10 将试片表面浸入侵蚀液中 用热水洗涤然后干燥 热处理 乙二醇75ml+蒸馏水24ml+浓硝酸1ml 5—10热处理前 1—2热处理后 涂在试样上经数秒后用热 水洗涤然后干燥 时效
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型晶胞中的原子 数原子半 径 配位 数 致密度 体心立方 2 a 4 38 68% 面心立方 4 a 4 212 74% 密排六方 6 a 2 112 74% 晶格类型fcc(A1) bcc(A2) hcp(A3) 间隙类型正四面 体 正八面 体 四面体扁八面体四面体 正八面 体 间隙个数8 4 12 6 12 6 原子半径 r A a 4 2a 4 3 2 a 间隙半径 r B () 4 2 3a -()42 2 a -()43 5a -()43 2a -()42 6a -()21 2a - 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶
镁合金发展 针对陕北的跨越式发展目标，提出了建设府谷、神木镁产业基地，推进榆林能源基地资源深度转化，拉长产业链条，加大财政引导资金投入力度，组建省级镁业企业集团，集中力量开展技术攻关，重点发展六种镁合金，加强镁业人才建设 镁锂合金材料是当今世界上最轻的金属结构材料，属于国际上列入高度保密的技术。今年年底，中国将在西安阎良国家航空高技术产业基地实现这种金属结构材料的规模化生产，用于航空、航天、能源等多个领域。 据西安交通大学材料专家柴东朗教授介绍，镁锂合金材料具有低密度、高塑性等特点，是当今世界上最轻的金属结构材料，可部分替代目前应用于航空、航天领域的铝材及其他铝合金材料，具有广泛的应用前景。中国对镁锂合金材料研究已有一段时间，但是大多数处于实验室阶段，直到2010年西安交通大学与西安四方超轻材料有限公司合作在西安阎良国家航空高技术产业基地建成了中国第一条镁锂合金生产线。 经过两年来的进一步研发，目前西安四方超轻材料有限公司已在镁锂合金的冶炼工艺、质量控制、表面处理、机械加工等方面取得了突破性成果，为产品的推广应用创造了良好条件。 根据规划，到今年年底，西安四方超轻材料有限公司镁锂合金超轻材料项目将实现规模化生产，预计可年产100吨镁锂合金超轻材料。 我国镁深加工能力很薄弱。虽然早在50年代后期镁压铸业就已经起步，先后有若干厂家生产林业用机械和工具、风动工具等镁合金压铸件。到了90年代初，在汽车工业、电子工业发展的带动下，国内的镁压铸业有了较大的发展。为3C等产品配套的镁合金压铸件厂主要云集在华南和江、浙地区，尤以珠江三角洲一带最为突出。这一地区受到香港、台湾两地资金的投入、技术的支撑、市场的开拓以及管理的介入等全方位的拉动，发展速度令人关注。 积极稳妥地发展镁产业实现镁合金产业化是一项涉及面广、技术集成度高的大型系统工程。近10多年来，在世界范围内相继建立的一大批镁合金压铸工
热处理对于铸造镁合金的影响 热处理的影响热处理对于铸造镁合金没有任何影响，尤其是对高纯镁合金更没有影响。但是变形镁合金热处理对提高其耐蚀性非常有效。试验证明，镁合金经过均匀处理和淬火后，其在海水中耐蚀性最好，退火后固溶体耐蚀性最低。加热时效温度影响铸造镁合金的盐腐蚀速度，当时效温度高于二百到二百五十摄氏度以后，AZ91D腐蚀速度显著提高。工艺参数对镁合金耐蚀性影响很小。高纯镁合金经过T5和T6处理以后的腐蚀速度低于0.25mm/a。铸态和固溶处理后的晶粒尺寸越小，耐蚀性越好。试验证明，减小壁厚有利于改善铸造镁合金的耐蚀性，但是选择合理壁厚才能达到既提高耐蚀性又提高产量的目的。表面处理的影响表面状态对镁合金腐蚀有非常重要的影响，并且还与铁的含量有关系，可见湿砂处理的精细表面可以使腐蚀速度降低接近两倍。镁合金的冷加工，如拉伸和弯曲，对腐蚀速度没有明显度的影响。喷丸或者喷砂处理表面的耐蚀性能常常比较差，这并非冷加工效应所导致，而是因为表面嵌入了铁杂质。可以通过酸洗去掉0.001~0.005mm深度的这些杂质。若想彻底除掉杂质，最好采用氟化物处理。 镁及镁合金的氧化室温或者高于室温的干燥氯气、碘、溴和氟对镁合金几乎没有腐蚀。溴在低于沸点的时候，及时含有0.02%H2O其腐蚀性也不大。但是氯气中海油微量的水就会使镁合金产生剧烈腐蚀。镁和氧有很大的亲和力，镁和铝相似，但是其还原性更强，镁比
铝和氧的亲和力更大。在高温的时候镁在空气中极易发生氧化甚至燃烧，在高温下其氧化膜无保护性。镁和氧反应生成立方晶格的氧化镁，在氧中，前五到十分钟主要发生镁吸收氧反应，而吸氧速度迅速下降，一小时后几乎就停止了。在空气中镁的氧化速度比在氧气中的要低很多。温度在在四百到四百五十摄氏度的条件下，初始生成的氧化膜具有一定的保护性能。高于四百五十摄氏度的时候，由于生成氧化物体积小于被氧化金属的体积，则氧化膜失去了其保护性能。在高温的情况下，即使在干燥空气中镁也极易发生氧化。经过计算，硅、镁钙在高温四百摄氏度的时候都能被氧化，其中最容易被氧化的是钙，镁与氧的结合力大于硅，略低于钙。
第十章钢的热处理工艺 10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？ 答： 钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。 退火用途： 1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使 组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。 2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3（亚共析钢）或AC1-ACcm （过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除内应力、降低硬度的目的。对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬度，改善切削加工性能。 3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。 主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。 4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相 线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。 5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后 缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。 6、去应力退火：在冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，保温一段时间 然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其主要目的是消除铸件、锻轧件、焊接件及机械加工工件中的残留内应力（主要是第一类内应力），以提高尺寸稳定性，减小工件变形和开裂的倾向。 10-2 何谓钢的正火？目的如何？有何应用？ 答： 钢的正火：正火是将钢加热到AC3或Accm以上适当温度，保温适当时间进行完全奥氏体化以后，以较快速度（空冷、风冷或喷雾）冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。 目的：细化晶粒、均匀成分和组织、消除内应力、调整硬度、消除魏氏组织、带状组织、网状碳化物等缺陷，为最终热处理提供合适的组织状态。
第1章金属和合金的晶体结构 1.1金属原子的结构特点：最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键的特点：没有饱和性和方向性 结合力：当原子靠近到一定程度时，原子间会产生较强的作用力。结合力＝吸引力＋排斥力结合能＝吸引能＋排斥能（课本图1.2） 吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力，长程力 排斥力：正离子间，电子间的作用力，短程力 固态金属原子趋于规则排列的原因：当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子间也必须保持一定的平衡距离。 1.2晶体：基元在三维空间呈规律性排列。晶体结构：晶体中原子的具体排列情况， 也就是晶体中的这些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。 晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子。晶胞：保持点阵几何特征的基本单元 三种典型的金属晶体结构（要会画晶项指数，晶面指数） 共带面：平行或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面 晶带轴：同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条直线。 多晶型转变或同素异构转变：当外部的温度和压强改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。 1.3合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。与固溶体结构相同的组元为溶剂，另一组元为溶质。 固溶体的分类：按溶质原子在溶剂晶格中的位置：置换固溶体与间隙固溶体。按溶质原子在固体中的溶解度：分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子在固溶体内分布规则：分为有序固溶体和无序固溶体 固溶强化：在固体溶液中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性韧性下降。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物。间隙化合物：与间隙相相反（比值大于0.59）。 1.4点缺陷：⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子。线缺陷：线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。（刃型位错、螺型位错、混合型位错）滑移矢量：表示位错的性质，晶格畸变的大小的物理量（刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直；螺形位错的柏氏矢量与其位错线平行。）。 面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、 小角度晶界、大角度晶界：两相邻晶粒位向差小于或大于10° 相界面的结构有三类：共格界面、半共格界面、非共格界面 习题3 、5做一下 第2章纯金属的结晶 2.1结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 同素异构转变：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷是结晶的必要条件。（金属不同过冷度也不同，金属纯度越高过冷度越大。过冷度的速度取决于，冷却速度越大过冷度越大实际洁净无度越低，反之） 金属结晶:孕育—出现晶核—长大—金属单晶体 2.2从液体向固体的转变使自由能下降.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差降低（△F）是自由能增加，阻力是自身放热
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
镁合金材料应用简介 庄顺英 zsy@https://www.doczj.com/doc/e813558290.html, 摘要:：以下是转载，主要介绍镁合金材料的特性、种类、成型条件和处理工艺。关键词: 如：性能，特点，压铸设备，成型技术等
镁合金材料一直是作为机械零件来应用的，近年来，由于3C产品的轻薄化，使得镁合金产品在3C领域有着较为广泛的应用。 这种金属材料的特点，决定了它的加工方式与注塑产品有很大的不同，所以在这里对镁合金材料做个简单的介绍，主要包括镁合金材料简介、镁合金压铸设备简介、镁合金压铸模具简介和典型零件工艺流程简介，给大家在设计镁合金产品时做一个参考。 一、镁及镁合金材料简介 1、物理化学性能 镁为银白色金属，原子序数为12，原子量为24，是目前实际应用中重量最轻的结构金属。 镁的密度1.74 g/cm3，熔点650℃，沸点1107℃，比热1.03KJ/(kg* K)，线胀 系数26×10-6/ K，弹性模量45GPa（在常用金属中是最低的）。 气氧化，生成一层很薄的氧化膜，但这种薄膜不致密，疏松多孔，而且脆性较大，远不如铝合金氧化膜坚实，所以镁的耐蚀性很差。 镁属于活泼金属，化学活性很强，与其他金属接触时会产生电化学腐蚀，即使皮膜处理后，也不能完全防止腐蚀。 2、机械性能及合金化 纯镁的机械性能较低，屈服强度σs=90MPa,抗拉强度σb=200MPa,延伸率：δ=11.5%,断面收缩率ψ=12.5%，一般不能直接用做结构材料。 因此，人们根据不同的使用要求，在镁中加入铝、锌、锰、硅、锆、铈等合金元素，创造出多种不同性能的镁合金。 铝的合金化可以改善机械强度，提高铸造性能，同时赋于材料热处理强化效果，但随着铝含量的增加，材料的延展性和断裂强度逐渐下降。 锌的合金化能改善机械强度，在含量适当时，能改善合金的塑性，但锌对铸造性能有不利的影响，增加形成疏松和热裂纹的倾向。 锰的合金化对提高耐腐蚀性能也十分有利，因为Mn可与合金中的Fe形成化合物作为熔渣被排除，消除Fe对镁合金耐蚀性的有害影响。 硅和其它稀有元素的镁合金，能促使形成细小的微粒分布在晶粒的周围，改善镁合金的高温蠕变性能，当然，这些合金在室温下也具有良好的机械性能。 合金化的个作用：第一，提高镁的机械性能；第二，降低液相温度，增加流动性，改善镁合金的铸造性能，减小收缩倾向；第三，针对镁合金在150℃以上，强度显著下降的特点，增强镁合金的高温抗蠕变性能。
镁合金压铸技术的几个主要问题及其使用前景 1前言 镁合金材料1808年面世, 1886年始用于工业生产。镁合金压铸技术从1916年成功地将镁合金用于压铸件算起，至今也经历了八十余年的发展。人类在认识和驾驭镁合金及其制品的生产技术方面，经历了漫长的探索历程。从1927年推出高强度MgAl9Zn1开始，镁合金的工业使用获得了实质性的进展。1936年德国大众汽车公司开始用压铸镁合金生产“甲壳虫”汽车的发动机传动系统零件，1946年单车使用镁合金量达18kg左右。美国在1948～1962年间用热室压铸机生产的汽车用镁合金压铸件达数百万件。尽管如此，过去镁合金作为结构材料主要用于航空领域，在其它领域，世界上镁的主要用途是生产铝合金，其次用于钢的脱硫和球墨铸铁生产。 近年来, 由于人们对产品轻量化的要求日益迫切，镁合金性能的不断改善及压铸技术的显著进步，压铸镁合金的用量显著增长。特别是人类对汽车提出了进一步减轻重量、降低燃耗和排放、提高驾驶安全性和舒适性的要求, 镁合金压铸技术正飞速发展。此外，镁合金压铸件已逐步扩大到其他领域，如手提电脑外壳，手提电锯机壳，鱼钩自动收线匣，录像机壳，移动电话机壳，航空器上的通信设备和雷达机壳，以及一些家用电器具等。 镁主要由含镁矿石提炼。我国辽宁省大石桥市一带的菱镁矿储量占世界储量的60%以上，矿石品位高达40%以上。我国生产的镁砂和镁砂制品大量用于出口。充分利用我国丰富的镁砂资源进行深度开发，结合我国汽车、计算机、通讯、航天、电子等新兴产业的发展，促进镁合金压铸件的生产和使用，是摆在我国铸造工作者面前的一项任务。 2、压铸镁合金的研究 镁合金的密度小于2g/cm3，是目前最轻的金属结构材料，其比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；其比刚度和铝合金和钢相当，远高于纤维增强塑料；其耐腐蚀性比低碳钢好得多，已超过压铸铝合金Ａ380；其减振性、磁屏蔽性远优于铝合金[1]；鉴于镁合金的动力学粘度低，相同流体状态(雷诺指数相等)下的充型速度远大于铝合金，加之镁合金熔点、比热容和相变潜热均比铝合金低，故其熔化耗能少，凝固速度快，镁合
镁合金热处理 各位领导、同事们： 很荣幸能在这里和大家共同学习。感谢公司领导给予我的机会！ 我进入公司的这两年多时间，从事了镁合金熔炼、铸造、压力加工、热处理等方面的一些工作。今天，仅就自己在镁合金热处理方面工作、学习的部分收获及心得，与各位进行讨论。由于水平有限，错误与不当处在所难免，请各位不吝赐教。 固态金属（包括纯金属及合金）在温度和压力改变时，组织和结构会发生变化，统称为金属固态相变。金属中固态相变的类型很多，有的金属在不同的条件下会发生几种不同类型的转变。例如钢铁的奥氏体、铁素体转变。掌握金属固态相变规律及影响因素，采取措施控制相变过程，以获得预期组织，从而使其具有预期的性能。常用的措施包括特定的加热和冷却工艺，也就是热处理。钢铁的淬火，为的是快速冷却以保持其高温相，从而达到所需要的性能。 对于镁合金，常采用的热处理方式包括：均匀化退火（扩散退火）、固溶（淬火）（T4）、时效（T5）、固溶+时效（T6）、热水淬火+时效（T61）、去应力退火、完全退火等。这里做以下方面简要介绍： 1.均质化退火，其目的是消除铸件在凝固过程中形成的晶内偏析。那么，晶内偏析是如何形成的呢？这个，我们就需要了解结晶凝固过程，下图1为镁合金相图中最普通的Mg-Al相图： 以AZ61为例，从相图中我们可以看到，从液相线开始，熔体开始凝固，形核随着温度下降开始长大，在每一个温度点，液相和固相
图1 Mg-Al相图 成分分别对应于该温度时的液相线和固相线所对应的成分。造成了晶粒随温度下降而长大过程中的成分不均匀，也就是晶内偏析。均质化退火，主要作用就是将铸件加热到一定温度，使物质迁移作用明显，消除晶粒内浓度梯度。 对于固溶、时效等热处理手段，更确切的来说，是利用合金元素在基体中溶解度随温度变化这一属性。 2.固溶处理。基体不发生多型转变的合金系，室温平衡组织为α+β，α为基体固溶体，β为第二相。当合金加热到一定温度是，β相将溶于基体而得到单相α相固溶体，这就是固溶化。如果合金从该温度以足够大的速度冷却下来，合金元素的扩散和重新分配来不及进行，β相就不能形核和长大，α固溶体中就不可能析出β相，而且由于基体固溶体在冷却过程中不发生多型性转变，因此这时合金的室温
镁合金切削加工要点 1．引言 自20世纪90年代初开始，国际上主要金属材料的应用发展趋势发生了显著变化，钢铁、铜、铅、锌等传统材料的应用增长缓慢，而以镁合金为代表的轻金属材料异军突起，以每年20%的速度持续增长。镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金成分不同主要分为Mg-AI-Zn-Mn系、Mg-AI-Mn系和Mg-AI-Si-Mn系、Mg-AI-RE系、Mg-Zn-Zr系和Mg-Zn-RE系。 表1 镁的物理性能 密度（20℃）：1.738g/cm3；熔点：650℃；沸点：1107℃；熔化热：8.71kJ/mol；汽化热：134kJ/mol；比热熔(20℃)：102.5J/kg.K；线胀系数：25.2×10－6/K；热导率：155.5W/m.K；电阻率：44.5nΩ.m；电导率：38.6%IACS 2．镁合金的性能特点及应用现状 镁合金具有以下几方面的特点： (1)重量轻：镁合金的比重约1.7，为锌的1/4，钢的1/5，甚至比铝合金(比重约2.7)的比重也轻1/3。 (2)镁合金具有的“高强度、重量轻”特性使其可在钢、铸铁、锌合金甚至铝合金的传统应用中取代上述材料。 (3)优良的导热性、相对于工程塑料极佳的吸震性，较佳的机械强度、抗冲击性及耐磨性。 (4)抗EMI电磁波：镁合金为非磁性金属，电磁遮蔽性能优良。 (5)尺寸稳定性高：不易因环境温度变化及时间而改变。 (6)可回收：镁合金具有100%完全回收的特性，更符合当今环保要求。 (7)机械加工特性：如果设镁切削所需动力为1，则铝是1.8，黄铜是2.3，铸铁是3.5；且比重轻，切削惯性小，可高速切削。 镁合金的主要用途在于轻量化。目前镁合金压铸品的应用产业以汽车零组件为主，约占80%以上，其次为3C产业，其它如自行车、器材工具、运动用品及航天国防也都在其应用范围之内(见表2)。
“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。 一．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。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MA2—1(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，
第六章金属及合金的塑性变形和断裂 2）求出屈服载荷下的取向因子，作出取向因子和屈服应力的关系曲线，说明取向因子对屈服应力的影响。 答： 1）需临界临界分切应力的计算公式：τk=σs cosφcosλ，σs为屈服强度=屈服载荷/截面积 需要注意的是：在拉伸试验时，滑移面受大小相等，方向相反的一对轴向力的作用。当载荷与法线夹角φ为钝角时，则按φ的补角做余弦计算。 2）c osφcosλ称作取向因子，由表中σs和cosφcosλ的数值可以看出，随着取向因子的增大，屈服应力逐渐减小。cosφcosλ的最大值是φ、λ均为45度时，数值为0.5，此时σs为最小值，金属最易发生滑移，这种取向称为软取向。当外力与滑移面平行（φ=90°）或垂直（λ=90°）时，cosφcosλ为0，则无论τk数值如何，σs均为无穷大，表示晶体在此情况下根本无法滑移，这种取向称为硬取向。 6-2 画出铜晶体的一个晶胞，在晶胞上指出： 1）发生滑移的一个滑移面 2）在这一晶面上发生滑移的一个方向 3）滑移面上的原子密度与{001}等其他晶面相比有何差别 4）沿滑移方向的原子间距与其他方向有何差别。 答： 解答此题首先要知道铜在室温时的晶体结构是面心立方。 1）发生滑移的滑移面通常是晶体的密排面，也就是原子密度最大的晶面。在面心立方晶格中的密排面是{111}晶面。 2）发生滑移的滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度最大的晶向，在{111}晶面中的密排方向<110>晶向。 3）{111}晶面的原子密度为原子密度最大的晶面，其值为2.3/a2，{001}晶面的原子密度为1.5/a2 4）滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度高于其他晶向，原子排列紧密，原子间距小于其他晶向，其值为1.414/a。 6-3 假定有一铜单晶体，其表面恰好平行于晶体的（001）晶面，若在[001]晶向
镁合金热处理工艺及研究现状 摘要：镁合金具有较高的比刚度、比强度、良好的电磁屏蔽性、减振性能和散热性能，是最轻的结构金属材料之一，在航空航天领域具有广泛的应用前景。本文综述了镁合金热处理工艺及其研究现状。 关键词：镁合金热处理研究现状 多数镁合金都可通过热处理来改善或调整材料的力学性能和加工性能。镁合金能否通过热处理强化完全取决于合金元素的固溶度是否随温度变化。当合金元素的固溶度随温度变化时，镁合金可以进行热处理强化。镁合金的常规热处理工艺分为退火和固溶时效两大类。 镁合金热处理强化的特点是：合金元素的扩散和合金相的分解过程极其缓慢，因此固溶和时效处理时需要保持较长的时间。另外，镁合金在加热炉中应保持中性气氛或通入保护气体以防燃烧。 一、退火 退火可以显著降低镁合金制品的抗拉强度并增加其塑性，对某些后续加工有利。变形镁合金根据使用要求和合金性质，可采用高温完全退火（O）和低温去应力退火（T2）。 完全退火可以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化效应，恢复和提高其塑性，以便进行后续变形加工。完全退火时一般会发生再结晶和晶粒长大，所以温度不能过高，时间不能太长。当镁合金含稀土时，其再结晶温度升高。AM60、AZ31、AZ61、AZ60 合金经热轧或热挤压退火后组织得到改善。去应力退火既可以减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。 二、固溶和时效 1、固溶处理 要获得时效强化的有利条件，前提是有一个过饱和固溶体。先加热到单相固溶体相区内的适当温度，保温适当时间，使原组织中的合金元素完全溶入基体金属中，形成过饱和固溶体，这个过程就称为固溶热处理。由于合金元素和基体元素的原子半径和弹性模量的差异，使基体产生点阵畸变。由此产生的应力场将阻碍位错运动，从而使基体得到强化。固溶后屈服强度的增加将与加入溶质元素的浓度成二分之一次方比。 根据Hmue-Rothery规则，如果溶剂与溶质原子的半径之差超过14%～15%，该种溶剂在此种溶质中的固溶度不会很大。而Mg的原子直径为3.2nm，则Li，Al，Ti，Cr，Zn，Ge，Yt，Zr，Nb，Mo，Pd，Ti，Pb，Bi等元素可能在Mg中会有显著的固溶度。另外，若给定元素与Mg的负电性相差很大，例如当Gordy定义的负电性值相差0.4以上（即∣xMg－x∣>0.4）时，也不可能有显著的固溶度。因为此时Mg和该元素易形成稳定的化合物，而非固溶体。 2、人工时效 沉淀强化是镁合金强化(尤指室温强度)的一个重要机制。在合金中，当合金元素的固溶度随着温度的下降而减少时，便可能产生时效强化。将具有这种特征的合金在高温下进行固溶处理，得到不稳定的过饱和固溶体，然后在较低的温度下进行时效处理，即可产生弥散的沉淀相。滑动位错与沉淀相相互作用，使屈服强度提高，镁合金得到强化： Tyield=(2aGb)/L+τ a （1） 式中Tyield为沉淀强化合金的屈服强度；τa为没有沉淀的基体的屈服强度；(2aGb/L)为在沉淀之间弯出位错所需的应力。 由于具有较低的扩散激活能，绝大多数镁合金对自然时效不敏感，淬火后能在室温下长期保持淬火状态。部分镁合金经过铸造或加工成形后不进行固溶处理而是直接进行人工时效。这种工艺很简单，可以消除工件的应力，略微提高其抗拉强度。对Mg-Zn系合金就常在热变