镁合金疲劳性能的研究现状_高洪涛

镁合金的发展现状
镁合金作为一种轻质、高强度的材料，在许多领域有着广泛的应用前景。

然而，长期以来，镁合金的发展一直受到一些限制，主要包括其燃烧性能、低强度和低刚度等问题。

为了克服这些挑战，近年来，研究人员积极开展了一系列改进镁合金性能的研究工作。

针对镁合金的燃烧问题，研究人员开展了很多努力。

他们通过添加微量的稀土元素、钙、铝等元素，成功地减少了镁合金的燃烧速率。

此外，还采用一些涂层技术，如阳极氧化、化学镀等，来改善镁合金的燃烧性能。

这些方法在一定程度上提高了镁合金的安全性，使其更适用于航空航天和汽车等领域。

针对镁合金的低强度和低刚度的问题，研究人员也做出了一些重要的进展。

他们通过合金化处理、微合金化和热处理等手段，提高了镁合金的强度和刚度。

此外，还采用压缩、挤压、拉伸等加工方式，改善了镁合金的塑性变形能力，进一步提高了其综合性能。

除了上述改进镁合金性能的方法，研究人员还在研发新型的镁合金材料。

例如，利用纳米技术、形状记忆合金技术和金属基复合材料技术等，制备了具有优异性能的镁合金。

这些新型镁合金材料具有更高的强度、刚度和耐腐蚀性能，有望在航空、航天、交通运输等领域得到更广泛的应用。

总的来说，镁合金作为一种有潜力的材料，正处于不断发展的阶段。

通过对燃烧性能、强度和刚度等问题的研究，镁合金的
性能得到了明显的提高。

未来，随着技术的不断进步和研究的深入，镁合金有望在更多领域发挥重要作用，并取得更大的突破。

１．２试样准备本试验试样尺寸为１５０×２０ｘ６（见图１），用电火花线切割加工成型．表面去掉Ｉｍｍ氧化层。

然后使用４００、６００和８００号ＳｉＣ金相水磨砂纸处理标注部位，使之达到试验要求。

１．３腐蚀疲劳试验实验采用日本岛津产ＥＨＦ－ＥＢ（Ｄ）１０—２０Ｌ疲劳试验机。

疲劳试验参数选定为：波形为正弦波，频率ｆ＝ｌＯＨｚ，载荷比Ｒ＝一１，试验温度为室温。

疲劳试验分别在囤１疲劳试样ＦｉｇＩＳｐｅｃｉｍｅｎｆｏｒｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔ空气中和３．５％ＮａＣｌ溶液中进行。

在腐蚀疲劳试验中３．５％ＮａＣｌ溶液始终用循环泵保持循环。

１．４微观分析显微组织观察：试样用环氧树脂镶嵌，使用６００、８００、１０００和１４００号ＳｉＣ水磨砂纸磨光，最后使用Ｉ．０ｕｍ和０．５ｌＪｍ的金刚石研磨膏两次抛光。

浸蚀分两步进行，首先用５％的硝酸酒精浸蚀，蒸馏水清洗，然后用刻蚀液（成分为：ｌＯｍｌ醋酸（３５％）、１２９苦味酸、２００ｍｌ酒精（９５％）和２０ｍｌ蒸馏水）浸蚀。

疲劳断口使用丙酮液超声波清洗。

使用飞利浦ＸＬ３０一ＦＥＧ型扫描电子显微镜观察组织和形貌。

２．实验结果２．１微观组织在光学显微镜下挤制ＡＺＳＯＡ的组织为白色基体ａ相、沿品界不连续析出的１３相（Ｍｇ一，ＡＩ－：）（见图２），其平均晶粒尺寸为１６．８ｕｍ。

ａ）ｏｐｔｉｃａｌｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｂ）ＳＥＭｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ图２挤制ＡＺ８０Ａ的组织形态Ｆｉ醇ｎ＇ｆｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｓ－ｒｅｃｅｉｖｅｄｅｘｔｒｕｄｅｄＡＺ８０２．２机械性能ＡＺ８０Ａ的拉伸性能为：抗拉强度ｏｂ－３３３Ｍｐａ，屈服强度０ｎ产２２１Ｍｐａ，伸长率ｅ＝７％，面缩率１ｌ，＝１０％。

－５５．２．３￥－Ｎ曲线在腐蚀介质中镁合金的疲劳强度比空气中的明显地降低。

一般地，镁合金对腐蚀疲劳相当敏感，腐蚀疲劳强度可能只有空气中的１０％“”。

镁合金在空气中和自来水中的疲劳试验得到的Ｓ—Ｎ曲线表明“”：自来水中的Ｓ－Ｎ曲线比空气中的Ｓ－Ｎ曲线更陡。

镁合金疲劳性能的研究现状高洪涛,吴国华,丁文江(上海交通大学材料科学与工程学院,上海200030)摘要:针对近几年镁合金疲劳性能的研究进行总结,从冶金因素、形状因素、加载制度、介质和温度等方面考察对镁合金疲劳性能的影响。

归纳提高镁合金抗疲劳性能的途径:热处理、滚压强化和喷丸处理等。

提出对镁合金疲劳性能研究的展望。

关键词:镁合金;疲劳性能;影响因素;强化途径中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:1000-8365(2003)04-0266-03Review on the Fatigue Behavior of Magnesiu m AlloysGAO Hong-tao,W U Guo-hua,DI NG W en-jiang(Schoo l of M aterials Science and Engineering,Shang hai Jiaotong U niversity,Shang hai200030,China)A bstract:This report provides some of the results of magnesium alloy s studying,especially about its fatigue behavior, in recent years.The facto rs that influence the fatigue behavior of magnesium alloy s can be given from several aspects of metallurgy,form factor,loading system,medium and tem perature.The strengthening methods can be concluded in three aspects.One is heat treatment;the o ther tw o are roller burnishing and shot blasting.In addition,the prospect of fatigue behavio r observation on mag nesium alloy s is discussed.Key words:M ag nesium alloy;Fatigue behavior;Influencing factors;Strengthening approach 综合性能优良的镁合金已大量应用于航空航天、汽车、电子等领域[1]。

摘要摘要镁合金自身属于一种轻质结构金属材料拥有良好的潜在用途，特别是在汽车工业方面，人们渴望这种轻质金属材料得以应用以达到减重目的以此降低能源消耗减少废气排放。

深冷处理作为一种传统热处理的附加过程，低温环境下能够有效改善镁合金显微组织的分布均匀性，晶粒尺寸得以减小，晶体中第二相的体积分数增加，合金的综合力学性能得到一定程度提升。

作为一种新颖的塑性变形工艺，表面机械研磨处理(SMAT)能够在镁合金表面合成由表及里的稳定的梯度纳米结构，大幅提升材料的硬度与强度，与此同时SMAT中钢球对表面的撞击也会引入残余压应力。

因此，挤压态AZ80变形镁合金选作本课题的实验研究对象，首先分别进行深冷处理和SMAT处理，然后对两种工艺加工后的AZ80镁合金的微观组织演变、硬度与强度变化进行测试，并研究应变控制下的疲劳性能与疲劳断裂行为，阐述低周疲劳的变形机理。

本课题利用金相显微镜研究深冷处理之后的AZ80变形镁合金的微观组织尺寸变化以及第二相的数量变化，以及SMAT加工后的AZ80镁合金的表面到中部的组织分布情况；并检测分析深冷处理前后以及SMAT处理前后AZ80镁合金的维氏显微硬度的差异，测试分析了深冷处理对AZ80镁合金的抗拉强度、屈服强度以及延伸率的变化规律，并利用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌、解释断裂机制。

利用扫描电子显微镜分析深冷处理前后物相成分变化以及形貌改变，并通过背散射电子衍射(EBSD)检测分析深冷处理前后晶粒取向的变化以及织构分布状态的变化。

通过拉-压疲劳试验机测试深冷处理前后、SMAT处理前后AZ80镁合金在各应变幅下的低周疲劳性能，并分析不同工艺处理对应变控制的低周疲劳性能的影响规律，分析在不同应变幅情况下，变形镁合金AZ80的低周拉-压疲劳的变形机理。

原始挤压态AZ80镁合金横截面的平均晶粒大小约为21.66μm，深冷8h后微观组织的平均晶粒尺寸为19.62μm，相比原始组织的晶粒大小降低了9.42%；深冷24h平均晶粒大小降至17.25μm，相比原始晶粒降低了20.36%；深冷48h之后平均晶粒尺寸为17.92μm，相比原始尺寸降低17.27%，与深冷24h晶粒尺寸无明显差异。

镁合金研究报告
镁合金是一种轻质高强度材料，在航空、汽车、电子、医疗等方面有广泛的应用前景。

然而，镁合金材料还存在着一些问题，如易腐蚀、低韧性等，因此需要进行进一步的研究。

本文将从镁合金的研究现状、制备方法、性能改进等方面进行讨论。

一、镁合金的研究现状
（1）制备方法的研究：包括溶液处理、机械制备、热加工、复合材料制备等。

（2）合金化的研究：利用添加其他元素来改善镁合金的力学性能、耐腐蚀性能等。

（3）力学性能的研究：包括强度、延展性、硬度、耐蚀性等的研究。

（4）应用研究：应用于航空、汽车、电子、医疗等领域。

二、制备方法
制备镁合金的方法有多种，以下是比较常见的几种方法：
（1）溶液处理：利用化学法将钠、铝、锂等元素在高温下溶解于镁中，从而实现镁合金化的方法。

（2）机械制备：通过机械研磨、球磨等方法，将两种或多种金属粉末混合制备而成。

（3）热加工：通过加热、压力等方法，将镁合金加工成所需要的形状。

（4）复合材料制备：通过利用纤维增强材料制备出具有高强度、高韧性的复合材料。

三、性能改进
为了改善镁合金材料的性能，可以采用以下方法：
（2）热处理：通过加热、冷却等方法，改善镁合金的力学性能、韧性和耐蚀性等。

（3）表面处理：对镁合金材料进行氧化、涂层等表面处理，提高其抗腐蚀性。

四、结论。

镁合金研究现状及发展趋势镁合金是一种具有很高应用潜力的轻金属材料，具有低密度、高比强度、良好的机械性能以及优异的导热性能等特点，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。

本文将对镁合金研究现状及发展趋势进行分析。

镁合金的研究现状主要表现在以下几个方面：首先，镁合金的合金化研究得到了广泛关注。

镁合金的低强度和低塑性是其在一些领域应用受限的主要原因，因此对镁合金进行合金化改性成为研究的重点。

通过添加合适的合金元素，如锌、铝、锆等，可以有效提高镁合金的强度和塑性，提高其综合性能。

其次，镁合金的热处理研究逐渐深入。

热处理是改变镁合金微观组织和提高其力学性能的重要方法。

目前，研究者们对镁合金的时效处理、固溶处理、稳定化处理等进行了广泛研究，并通过优化热处理工艺，提高了镁合金的强度、塑性和耐腐蚀性能。

此外，镁合金的表面处理研究也受到了广泛关注。

镁合金的表面活性、氧化倾向性和易腐蚀性是其应用受限的主要障碍。

目前，研究者们通过电化学氧化、化学镀、溶液渗硅等方法，改善了镁合金的表面性能，并提高了其耐腐蚀性、耐磨损性以及附着力等性能。

镁合金的发展趋势主要有以下几个方面：首先，镁合金的含量逐渐增加。

由于镁合金的低密度和良好的机械性能，具有很高的轻量化潜力，因此将镁合金应用于航空、汽车等领域，可以有效减轻重量，提高能源利用效率。

其次，镁合金的合金化方法将更加多样化。

目前的镁合金大多采用铸造方法制备，但铸造合金化有一定的局限性，不能满足特殊应用的需求。

因此，未来的研究重点将更加注重新型合金制备方法，如粉末冶金、堆积成形、等离子体喷涂等。

此外，镁合金的结构设计将更加系统化。

随着对镁合金研究的深入，研究者们发现材料的微观组织和结构对其性能具有重要影响。

因此，在今后的研究中，将更加注重镁合金的晶粒尺寸、晶界结构和取向等方面的设计和控制，以进一步提高材料的性能。

综上所述，镁合金的研究现状正朝着合金化、热处理和表面处理等方向深入发展，未来的发展趋势将更加注重轻量化、多样化的合金化方法以及系统化的结构设计。

镁合金材料的应用及研发现状分析摘要近年来建筑材料领域不断涌现新技术、新工艺，镁合金作为其中的一种，有着广阔的市场应用前景。

本文对镁合金材料的特性及应用领域进行了介绍，进而阐述了其工艺特点，在此基础上就镁合金材料的研发现状进行了探讨与分析。

关键词镁合金；应用现状；新材料随着科技水平的不断提高，在建筑行业各种新技术、新材料得以应用。

在金属材料方面，镁合金材料得到了广泛的应用，从近年来的发展趋势来看，将是未来金属材料发展的优先选择。

随着工艺水平和加工技术的不断成熟与完善，镁合金材料铸造方式也呈现出多样性特点。

不过总体来说还存在很大的提高空间。

1 镁合金材料的特性及应用从当前镁合金材料的应用情况来看，因具有密度小，比强度、比刚度高，机加工性能优良，减振性优异等一系列优点，使其应用范围十分广泛。

与铝合金一样镁合金也可以再融解精炼，因此具有高度的可回收性。

在当前倡导节能与环保的时代背景下，镁合金受到工业界的重视与青睐。

从镁合金的成分结构来看，由于其结晶构造属于最密六方格子（HCP），具有异方向性，因此在对镁合金材料进行加工生产中，对加工温度、加工速度、加工量的控制都要求十分严格。

这样有利于在对镁合金材料进行成形加工时，最大限度地避免其机械性质易受金属流动的影响。

镁合金制件在当前各工业领域、建筑行业等领域得到了广泛应用，主要是由于其成品是现有最轻的实用金属之一，而且还体现出以下应用优势：比强度优越，切削性良好（切削加工容易），振动吸收特性优越，电磁波遮蔽性良好等；当然，在热传导能力、防辐射和抗干扰方面镁合金也体现出其优势。

基于这些优势，镁合金材料在重型机械零件制造中已经成熟地得以应用。

而在家庭电子产品如笔记本外壳、PDA外壳、移动电话外壳、等这些电子产品中的应用正在开发与探索中。

2 镁合金材料的工艺特点和研发现状2.1 工艺特点在上述分析中，我们对镁及镁合金材料的特点进行了探讨。

从中总结了应用广泛的特点，主要是与其产品的优越性有关，而这种优势也有赖于其工艺流程。

中国镁合金产业现状分析一、镁合金产业概述1、性能状况镁合金工艺包括铸造、压铸和变形，型号主要有镁铝合金、镁锌合金。

镁合金自身的金属特性非常适合工业应用，与其他金属相比在比重、减震、导热、强度、加工性能、抗电磁等方面有着明显优势。

2、工艺流程竖罐炼镁生产周期短、人工成本低。

竖罐比传统卧式还原罐受热均匀，可将单罐容量由30kg提升至80kg，机器占地仅相当于横罐1/3，提升了生产效率。

另外由于竖罐依靠重力上部加料下部出渣，可实现对炉料和粗镁进行机械化转运以及渣料自动化排放，生产周期较传统工艺具有优势。

竖罐炼镁提高热效率。

一般卧式还原罐吨镁煤耗约5.5吨，但是煅烧、还原环节的热能没有充分利用，而竖罐炼镁吨镁煤耗为3吨，可减少约2.5吨。

二、产业链状况国内原镁需求韧性较强，2020年镁合金需求耗镁量逆势增加。

2020年受疫情影响，全球需求显著减少，镁加工材料消费增速下降明显，国内镁锭产量72万吨，同比减少15%。

市场低迷大环境下，2020年国内镁合金耗镁量逆势上涨，年度耗镁量为18.7万吨，较2019年提高1.7万吨，占全国耗镁量35%。

镁合金下游主要用于交通运输、电子产品和生物医用等，其中汽车为主要应用方向，占比约为60%左右。

目前可用的镁合金汽车零部件有转向支架、方向盘骨架、气囊支架、泵壳、泵盖、座椅支架，仪表盘支架、车门内框、车盖、轮毂等。

受限于锻造加工难度以及成本问题，部分大型结构件仅在高端赛车上有所应用，较为普及的镁合金零部件主要为转向支架、仪表盘横梁、方向盘支架等小型结构件。

近年来随着锻造技术进步，大型结构件良率逐渐提升，锻造加工成本下降使得价格逐渐具有竞争力，部分大型结构件已经具备普及的可能。

新能源汽车作为国家政策下汽车的未来发展趋势，销量快速增长。

随着镁合金在汽车行业的应用程度逐步加深，未来镁合金行业存在广阔的增长空间，根据中汽协数据显示，碳中和等政策倒逼新能源汽车快速行业，自2015年起我国新能源汽车销量逐年增长，其中2019年受补贴政策较少销量有所上升，之后仍快速增长，2020年销量为132万辆，同比2018年增长9.1%，2021年上半年就有119万辆的销量，预计整年销量相较于2020年将大幅度增长。

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 development2.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。

镁合金材料发展现状镁合金材料是一种广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域的轻质高强度材料。

随着工业技术的不断发展，镁合金材料的研究和应用也取得了长足的进展。

本文将以镁合金材料发展现状为主题，分别从研究进展、应用领域和未来发展方向三个方面进行阐述。

一、研究进展近年来，镁合金材料的研究取得了重要的突破。

首先，针对镁合金材料在高温环境下的应用问题，研究人员通过添加稀土元素和过渡金属等合金化处理手段，成功提高了镁合金材料的高温强度和耐腐蚀性能。

其次，为了解决镁合金材料的可塑性问题，研究人员通过微合金化和变形加工等技术手段，提高了镁合金材料的塑性变形能力，使其更适用于复杂形状的制造。

二、应用领域镁合金材料由于其轻质高强度的特点，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛的应用前景。

在航空航天领域，镁合金材料的应用可以减轻飞机、火箭等载具的重量，提高燃油效率和载荷能力。

在汽车制造领域，镁合金材料可以用于制造车身结构和发动机零部件，实现车辆的轻量化和节能减排。

在电子设备领域，镁合金材料可以用于制造外壳和散热器等部件，提高设备的散热性能和移动性。

三、未来发展方向尽管镁合金材料在各个领域都有着广泛的应用前景，但仍然存在一些挑战和问题需要解决。

首先，镁合金材料的加工难度较大，需要开发适用的加工工艺和设备，提高生产效率和产品质量。

其次，镁合金材料的防腐蚀性能有待进一步提高，以满足长期使用的要求。

此外，镁合金材料的可靠性和寿命问题也需要加强研究，以保证其在各个应用领域的稳定性和安全性。

为了进一步推动镁合金材料的发展，应加强产学研合作，加大对镁合金材料的基础研究和应用开发力度。

同时，也需要加强标准制定和质量监管，确保镁合金材料的产品质量和安全性。

此外，还应鼓励企业加大对镁合金材料的投入和创新，推动镁合金材料在各个领域的更广泛应用。

镁合金材料作为一种轻质高强度材料，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广阔的应用前景。