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工业用铸造镁合金中镁铝系合金占比超八成

添加时间:2017-02-17

      铝是镁合金主要的合金化元素,是当下牌号较多、应用较广的镁合金,常用的铸造镁-铝合金有AZ81A、AZ81S、AZ91D、AZ91S、AZ63A、AM20S、AM50A、AM60B、AM100A、AS215、AS41B、AS41S等。镁-铝合金通常还含有少量的Zn、Mn、Si等,在应用的镁合金中,镁-铝系合金占65%左右,而在工业应用的铸造镁合金中,镁-铝系合金又占有85%以上。常用的变形镁-铝合金有:AZ31B、AZ61A、AZ80A、AZ10A等。
  Mg-Al系相图属共晶型,在共晶温度437℃时,铝在镁中的溶解度为12.7%,而在室温时仅约为2%,铝含量大于6%的合金属热处理可强化的。在工业上应用的镁-铝合金中。铝含量一般不超过10%,否则合金的各项性能会有不同程度的下降。铝可以提高镁的各项性能,含铝6%左右的镁合金具有较高的强度和伸长率。含铝≥2%的铸含合金中会出现Al12Mg17或Al3Mg4(β相),若含铝量大于8%,β相以共晶形式沿晶界呈不连续的网状分布,它们在430℃退火或固溶处理溶入固溶体中,淬火后成为过饱和的固溶体,在随后的进效过程中β相可从固溶体中析出,但时效效果不大,因为它们不与母相共格或半共格。尽管如此,但是晶界上的β相可以作为腐蚀障碍,可提高合金的抗蚀性。
  Mg-Al合金通常还含有少量的锌与锰,锌可以溶于固溶体,产生进一步的固溶强化,并能稍稍改善抗腐蚀性能。可是锌却使含7%~10%铝的镁合金的热收缩率上升。加入的Mn可与铝形成针状或短棒状化合物。合金中的杂质铁在淬火时还可能析出AlFe化合物。
  铸造镁-铝合金一般含6%~10%Al,用于铸造大型薄壁复杂零件,常用的合金有AZ63A、AZ81A、AZ91A-E、AZ92A、AM100A,还研发出有特殊用途的压铸合金,如高纯的低铝合金AM60A、AM60B、AM50A、AM20等,它们有高的断裂韧性,因为晶界上的Al12Mg17化合物质点大大减少,多用于铸造车轮、座椅框架、方向盘等汽车零件。变形镁-铝合金的铝含量一般≤8%,锌的含量≤1.5%,典型的合金为AZ10A、A31B、AZ31C、AZ61A、AZ80A等,用于锻压零件与轧制板、带,以及挤压、棒、型、管材等,AZ80A合金约含8%Al,虽有高的强度与可进行固溶时效处理,但有相当严重的应力腐蚀倾向,已大量被有更好性能的Mg-Zn-Zr系合金取代。
  Mg-Al系合金虽有良好的力学性能、铸造性能和抗大气腐蚀性能,是目前室温下应用较广泛的镁合金,但是当温度高于120℃后,AZ系及AM系合金的强度性能会急剧下降,因为Al12Mg17的熔点为460℃,在温度高于120℃时成为软质相,不能有效地钉扎晶界,于是通过晶界滑移发生滑移。向Mg-Al合金添加1%Ca可以提高合金的蠕变强度,但是钙的含量不能>1%,否则合金具有热裂倾向。降低铝含量而加入硅,也可以提高蠕变强度,从而开发出了如AS41A、AS41B、Al21等这样的AS系镁合金。因为降低铝含量可以减少Al12Mg17质点,而Si与Mg可形成细小的Mg2Si质点,阻碍晶界移动。AS21合金的铝含量低,蠕变强充比AS41A、AS41B合金的高,但是铸造性能差。虽然Mg-Al-Si系合金有高的抗蠕变强度,但还是不如A380铝合金的。
  向Mg-Al系合金添加RE元素,可以进一步提高合金的抗蠕变强度,如AE42合金的抗蠕变强度不但比Mg-Al-Si系合金的高,而且有更好的综合性能,不过稀土的价格昂贵。稀土元素对Mg-Al合金蠕变性能的影响机制至今仍元统一的看法。一般认为,抗蠕变强度的提高是由于晶界上形成了大量的阻碍晶界滑移的Mg12RE质点,不过应注意的是,Mg-Al-RE合金只适于压铸,因为压铸时的冷却速度快,可形成细小的Mg12RE质点,否则会形成粗大的Mg12RE化合物,使性能变坏。
  以AZ合金为基础,提高锌含量降低铝含量开发的ZA104合金是一种蠕变强度较高且铸造性能较好成本也不高的合金。日本研发的Mg-5Al-2Ca-2RE-0.3Mn合金具有比AE42合金更高的抗蠕变强度,而且其耐热性与抗蚀性与A384铝合金的相当,还有良好的可铸造性能。

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