高强镁合金的研究状况及发展趋势
镁合金是目前实际应用的质量最轻的金属结构材料，它的密度只有1.35～1.8g/cm3。由于它具有密度小，比强度、比刚度高，铸造性能好，减震性和抗磁性好，易于切削加工，尺寸稳定性高等优点，早已引起了航空和汽车工业的注意[1-2]，被大量用于汽车、电脑、电信、电子等行业的零配件[3]。目前在世界范围内已经形成了有一定规模的汽车、IT、基础结构件行业的镁合金生产群体，而产品轻量化的趋势使镁合金成为最有竞争力的结构材料。但是目前普遍使用的铸造/压铸镁合金存在强度不高，高温抗蠕变性能差等缺点，已经严重地阻碍了镁合金的进一步应用。要扩大镁合金的应用范围，提高其强度已成为当务之急。本文阐述了稀土元素、复合材料强化和准晶在提高镁合金强度中的作用，目前新的制备工艺和成型方法在制备高强镁合金中的应用及效果，并对今后高强镁合金的发展进行了展望。1引入合金成分强化镁合金
合金化是提高镁合金强度的一种简单有效而又经济的方法，在开发镁合金时使用的最为普遍。而早在所有能提高镁合金性能的各种合金化元素中，稀土元素的作用是最有效的[4-6]。稀土元素在铸造镁合金中有净化、除气和排渣作用，能有效减少气体、氧化物和有害元素的影响。稀土元素减少了夹杂物的数量，并能够使之细化，改变结构形式，在很大程度上减少了夹杂物的危害。稀土元素更为明显的作用是在金属中形成稀土化合物或固溶相，这些产物在镁合金基体的晶界处产生偏聚，进而增加位错密度，增大晶格畸变程度从而达到强化的目的。而不同种类和含量的稀土元素由于其形成的稀土化合物的微观结构亦有很大的差别，因而其强度也不同。
目前的研究结果表明：采用常用的铸造/压铸工艺制备的镁合金的铸态强度通常都比较低，经热处理后强度有一定程度的提高，但效果也不尽理想。通过加入稀土元素可以有效地提高镁合金的强度，由于稀土价格较贵，从而限制了稀土元素做为主要加入元素的应用，因此目前大部分的研究工作通常是以现有的镁合金牌号为基础，通过加入少量稀土（≤1%质量）或中等含量稀土（1%≤RE≤7%）来提高镁
高强镁合金的研究状况及发展趋势
The Situation and Development Trend of High-Strength
Magnesium Alloy Research
梁艳１黄晓锋１王韬２曹喜娟１朱凯２（１．兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，甘肃兰州７３００５０；
（２．兰州理工大学甘肃省有色金属合金及加工教育部重点实验室，甘肃兰州７３００５０）
摘要：综述了高强镁合金的研究状况，阐述了稀土元素、复合材料强化和准晶在提高镁合金强度中的作用，目前新的制备工艺和成型方法在制备高强镁合金中的应用及效果，并对今后高强镁合金的发展进行了展望。
关键词：镁合金，稀土，力学性能，成型工艺
中图分类号：TG146．2+2;文献标识码：A；文章编号：1006－9658（2009）01－5
Abstract:Summary of the study situation of the high-strength magnesium alloy,the RE、composite materials to strengthen and improve the quasi-crystalline magnesium alloy in the role of strength,and the application and effect of new methods and molding in the preparation of high-strength magnesium alloy with the expectation of high-strength magnesium alloy development for the future expounded.
Keywords：Mg alloy，RE，mechanics property，forming technology
基金项目：甘肃省自然科学基金项目（项目编号：3ZS062－B25－026）
收稿日期：2008－09－08
文章编号：2008－122
作者简介：梁艳（1981-），女，硕士研究生，主要从事稀土镁合金等温
热处理的研究
合金的强度[7]。目前应用最为广泛的AZ91镁合金由于具有强度较其它镁合金高的特点，使得在AZ91基础上开发高强镁合金的设想成为可能。王明星等人[8]通过向AZ91D中加入微量的Y和Ce，在伸长率改变不大的情况下使镁合金的铸态室温抗拉强度从150MPa提高到198MPa。肖代红等人[9]向AZ91D中添加少量的重稀土Er，加入量为0.98%和1.92%时，室温抗拉强度达到193MPa和211MPa，但伸长率则从4.0%降低到2.2%。樊昱等人[10]向AZ91D加入1%的稀土La，使其抗拉强度提高到178MPa，伸长率提高到3.85%。李金峰等人[11]的研究表明：向AZ91中加入0.9%的Y，镁合金的室温抗拉强度达到185MPa，伸长率提高到7.9%。吴国华等人[12]向AZ91D中加入1.5%的Y时得到的镁合金抗拉强度为185MPa，伸长率为4.5%。宋雨来等人[13]的研究表明：向AZ91镁合金中加Nd元素，当加入的质量为1.1%时，其铸态常温抗拉强度达到了240MPa。以上通过对AZ91的合金化研究表明：加入少量或微量稀土元素，当加入量合适时，能够较大幅度地提高合金的抗拉强度。强度提高的主要原因有：①所加稀土元素与Al反应生成Al-RE化合物，其弥散强化作用提高了合金的强度；②稀土元素能显著细化晶粒，并能使合金中β相的量减少，使原来的连续与半连续状的网状晶界结构逐渐变为断续、弥散分布的带状结构，使其细晶强化和晶界强化作用更为明显；③稀土元素一般具有强烈的固溶强化作用。
复合加入多种稀土元素在开发新型高强镁合金时已经显得越来越重要。许多研究表明：加入两种或两种以上合金成分，能有效地提高镁合金的强度，在这些加入的合金成分中，稀土元素的作用更为显著。刘红梅等人[14]研究了Dy加入量为1%～3%（质量分数）[Nd-Pr混合稀土金属，w（Nd）∶w（Pr）=3∶1]的Mg-10Al合金的显微组织和力学性能，研究表明Dy的加入量为2%时，块状的Al2（Nd，Pr）相占主导地位，合金的抗拉强度和伸长率都达到峰值，分别为250MPa和14%。黄伯杰等人[15]的研究表明，Mg-2.5Nd-0.21Zn-0.46Zr和Mg-2.45Nd-0.18Zn-1.45Zr 的铸态试样经不同热处理工艺后其室温抗拉强度能达到251～285MPa。李建辉[16]等人的研究表明：Mg-6Al-2Sr-xNd在合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率均在含Nd量为1.0%时达到了峰值，分别为190MPa、150MPa和4%。以上的研究分析表明：加入复合合金成分比单独加入一种成分的镁合金强度高的原因是在镁合金基体中形成多种稀土化合物，这些化合物通常具有高温稳定性，热处理后弥散强化作用比单独的一种稀土化合物的作用更明显，再加上多种成分的细晶强化、晶界强化，固溶强化作用更强，从而使得复合加入多种稀土成分的镁合金强度要高于一般镁合金。
2引入复合材料提高镁合金强度
从目前的研究看，引入复合材料来提高镁合金的强度已取得一定的进展，但还没有镁合金的合金化研究充分，而且强度的提高还较为有限，有待进一步深入研究。
以镁合金为基体引入增强体或通过加入其它元素在镁合金基体发生化学反应形成增强颗粒来提高镁合金强度是一种常用方法，通常以陶瓷增强相加入镁合金基体来提高其强度，常用的增强体有颗粒状、纤维或晶须状的SiC、B4C、SiN和ZrO2等。Sklenicka V[17]等人的研究表明：通过挤压铸造制备的含SiC晶须（体积分数为20%）的SiCw/AZ91D镁基复合材料，经过410℃×2h的固溶处理，然后在170℃进行5h的时效处理，其室温抗拉强度达到392MPa。文献[18]研究表明：将纳米级的SiC、ZrO2颗粒加入到镁合金中，能通过弥散强化作用明显提高复合材料的强度；如含有体积分数为3%的平均粒径为14nm 的SiC镁基复合材料，室温抗拉强度为320MPa。目前通过引入增强体来提高镁合金强度的方法对增强体的要求较为严格，要求其物理化学相容性好且避免增强体和基体合金之间界面的不利反应。文献[19-21]研究了SiC与镁合金基体之间的界面反应，在复合材料的制造过程中及高温固溶处理（500℃×12h）中都没有发现任何不利的界面反应。因此寻找合适的增强体和表面涂层以此增加增强体和基体的相容性已经成为提高镁合金强度的一种简单而有效的途径。
3通过合金中形成非晶/准晶成分提高镁合金强度准晶是一种不同于晶体和非晶的长程固态有序相，其主要特点是非晶体学旋转对称（5、8、10、12次对称），以及长程准周期性。准晶因其独特的结构而具有特殊的力学性能和物理性能。由于准晶中不存在特定的滑移面，室温下位错难以运动，所以硬而脆，可以作为强化相[22]。已对镁合金的研究中，在Mg-Al-X（X=Cu，Zn，Pd，Ag，Pt）、Mg-Zn-（Ga，Al）、Mg-Zn-RE（RE=Y，以及Gd到Er的稀土元素）等系列的镁合金中发现了准晶[23]。镁系准晶作为一种新型镁基材料，以其独特的结构而具有特殊的性能。在以上镁合金相图上，存在稳定准晶和α-Mg两相共存
区，可以采用常规铸造和二次加工工艺使准晶相弥散分布于镁合金基体中，获得高性能的镁基材料。准晶相增强高性能镁合金的制备方法可分为两类：一类是通过常规或快速凝固、机械合金化等非平衡工艺在镁合金内部生成一定的准晶相以提高合金性能的内生法；另一类则是在镁合金基体中加入准晶颗粒，并通过一定的工艺使准晶颗粒弥散分布在镁合金基体中从而达到强化目的的外加法[24]。目前开发的比较成熟的含准晶的高强镁合金有Mg-Zn-RE三元系合金。该合金中的Mg3REZn6准晶既可以通过快速凝固等非平衡工艺生成，也可以在常规铸造的缓慢凝固过程中生成。由于该准晶相具有高温稳定、高强高硬低表面能等特点，因此是一种良好的合金强化相[23]。目前开发成功的有高强Mg-Zn-Y系合金，如表1所示。文献[25]研究表明：将快速凝固镁合金Mg-5.5Zn-1.5Y-1Ce（-1Zr）急冷薄带经过粉碎和300℃挤压成型后，得到了抗拉强度超过590MPa、伸长率为17%的超高强镁合金，该合金具有高强高韧特点，且250℃下强度损失不大。
含准晶相的Mg-Zn-Al系镁合金也可以通过快速凝固、熔体快淬等非平衡工艺制备，也可在常规的缓冷凝固中通过包晶反应生成。金属型铸造的ZA84镁合金准晶相的成分约为Mg9±2Zn4±1Al3±1，而常规冷室铸造的ZA85镁合金中准晶相的成分约为Mg38Zn43Al19。这种准晶晶界相具有与镁基大块准晶相当的力学性能，并且有着相当的硬度和刚度[28]。而采用快速凝固方法制备的Mg-Zn-Al合金，其准晶相为稳定的FK型Mg32Zn32Al17二十面准晶，该合金组织均匀，晶粒细小，室温时具有较高的屈服强度及伸长率[29，30]。
4成型工艺在制备高强镁合金中的应用
4.1成熟工艺在镁合金中的应用
目前广泛使用的镁合金的成型方式主要为铸造/压铸，其强度普遍不高，而高强铸造镁合金需要加入大量重稀土，例如含镝23%的镁合金，在20℃温度下具有450MPa的极高强度和400MPa的屈服强度。含镝9%的镁合金在300℃温度下具有180MPa 的最大强度，其屈服强度是150MPa[31]。由于需要加入大量的重稀土，导致成本明显提高，应用受到限制。采用锻造、挤压或轧制工艺制备的变形镁合金由于组织得到细化，铸造组织缺陷被消除，从而综合性能大大提高。目前应用较为成熟的高强镁合金都是变形镁合金，如M1、M2、AZ31、AZ61、AZ63、AZ80、ZK60等牌号[32]。新的变形镁合金的开发已表明，利用变形工艺制备高强镁合金是简单有效的。对传统牌号变形镁合金的研究已比较广泛，如常用的ZK60的变形材强度均在320MPa以上，伸长率也在10%左右[33]。王建民等人[34]研究表明：调整AZ91镁合金中的Al和Zn，采用传统的熔炼工艺制成镁合金铸锭，再经过挤压变形制成试样，得到的室温抗拉强度已经超过300MPa，伸长率达到10%左右。李亚国等人[35]的研究表明：MB26（Mg-Zn-Zr-RE）镁合金在挤压状态下获得的力学性能为最佳，其抗拉强度可达370MPa以上，而淬火及淬火时效则使挤压状态下的力学性能大为下降。肖阳等人[36]开发的Mg-9Gd-4Y-0.6Zr新型镁合金具有高强、耐热、易焊接和耐腐蚀特点；经过铸态挤压后该镁合金在不同温度下其力学性能都明显优于HM31、HK31和WE54的力学性能，在－196℃、25℃、250℃、300℃和350℃时的抗拉强度分别达到521、370、348、262和150MPa。
4.2新工艺在高强镁合金研究中的应用
4.2.1快速凝固/粉末冶金（RS/PM）工艺
快速凝固技术是一种新型的金属材料制备技术，能够显著细化晶粒及析出相，不仅可以大幅度提高传统材料的性能，而且可以开发出新的合金体系，快速凝固技术的出现为高性能镁合金结构材料和新型镁合金的研制开辟了广阔的前景[37，38]。
快速凝固粉末冶金（RS/PM）法是近10年发展起来的材料制备新工艺，包括快速凝固制备粉末和粉末固化成形两部分。采用RS/PM法制备合金的工艺流程一般为：粉末制备→粉末固结→真空脱气→粉末坯挤压、轧制、锻造或半固态成形→热处理。
RS/PM法是通过快速凝固的基本方法制得RS 粉末，再经过粉末的固结成为预成形坯料，然后经过塑性变形得到致密的制品。在整个RS/PM过程中最为重要的就是如何将快速凝固获得的优势尽可能地保留在最终的制品中。文献[39]表明，RS/PM法制备的Mg-Zn、Mg-Al、Mg-Ag、Mg-Ca和Mg-RE系镁合金的抗拉强度均超过500MPa。文献[40]研究表明：AZ91合金的快速凝固粉末挤压制品抗拉强度可由313MPa增加到517MPa，屈服强度由226MPa增加
表1含准晶高强Mg-Zn-（Zr）-Y合金的拉伸性能[25-27]合金状态E/GPaδ0.2/MPaδb/MPaΕ（%）
Mg-5.5Zn-1.5Y-1Ce（-1Zr）RS/PM
4459017.0
MB25350℃挤压29335115.6 MB26350℃挤压31437214.8 Mg95Zn4.3Y0.7（原子比）400℃挤压22037017.2
到457MPa。超高强度镁合金抗拉强度已经达到935MPa。据报道日本科学家开发出的高强度镁合金具有极高的强度和延展性，可为航空航天、通信和机械等工业提供优质材料。新的镁合金是采用急速凝固法制成的，具有100～200nm的微细结构。其中Mg 占97%，Y和Zn分别占2%和1%。这种新型镁合金强度大约是超级铝合金的3倍，据称是目前世界上强度最高的镁合金。此外它还具有超塑性、高耐热性和高耐腐蚀性[41]。
与传统镁合金相比，快速凝固镁合金的各方面性能都有了很大的提高，可以制备出超高性能的非平衡材料，拓展了镁合金的应用。因此，非平衡材料是镁合金重要的发展方向之一，其中，准晶相强化镁基合金[42，43-46]具有巨大的潜力，研究表明[47]，使组织纳米化（即形成纳米晶或纳米准晶）可以进一步改善合金的强度及断裂韧性。
4.2.2喷射沉积技术
喷射沉积技术是将金属或合金熔体用高压惰性气体雾化，形成液滴喷射流，直接喷射到水冷或非水冷基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成大块沉积物，这种沉积物可以立即进行锻造、挤压或轧制加工，也可以是近终形产品[47，48]。喷射沉积技术具有沉淀坯的冷却速度高、材料的氧化程度小、力学性能优越等特点[49]。采用喷射沉积工艺制备镁合金可以显著细化晶粒，一般在10～30μm，为等轴晶粒，晶粒尺寸及材料的组织均匀，使得材料的力学性能达到或超过粉末冶金/快速凝固材料，明显优于铸锭材料。目前使用喷射沉积技术制备的几种镁合金如表2所示。
5展望
镁合金的强度不高已成为限制其作为工程构件大量使用的关键因素，提高其强度就显得尤为重要。目前的高强度镁合金为变形镁合金，其高昂的成本决定了它只能应用在航空航天等少数领域，限制了在民用领域的应用。目前大量应用的镁合金均为铸
造/压铸件，强度普遍不高，使得铸态镁合金不能作为结构件应用。
目前对高强镁合金的研究中，通过添加少量或微量稀土元素来提高其强度的最为普遍。在镁中加入稀土元素，无论是固溶还是形成金属间化合物，都可以提高强度。不同的合金元素，由于其在镁中溶解度和所形成的化合物不同，强化作用也不同。添加稀土元素由于能显著改变合金基体的显微组织和结构，因而是开发高强镁合金的基础方法。但目前的研究表明，通过稀土强化镁合金的方法在铸态镁合金中的作用不太显著。目前的高强镁合金牌号均为变形镁合金，对高强镁合金的研究也主要为采用新的工艺来制备，除传统的锻造、挤压或轧制等工艺外，半固态成型工艺[51]、快速凝固/粉末冶金（RS/PM）工艺、喷射沉积技术、注射成型工艺[52]、等通道角挤压（ECAE）[53]等新工艺已开始应用到高强镁合金的开发中。
针对目前高强镁合金多为变形镁合金，价格高，而铸态镁合金强度不高，新工艺成本高并且不够成熟等特点，必须寻找一种低成本的高强镁合金。目前较为可行的是开发新型的含微量或少量的稀土镁合金，结合新的工艺来制备高强镁合金。而微观偏析、晶粒细化、亚稳相和准晶强化等一系列基础问题也必将成为研究重点。
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合金δ0.2/MPaδb/MPaΕ（%）Mg-8.4Al-0.2Zr35125318 Mg-5.6Zn-0.3Zr35430314 QE2235029010 Mg-7Al-1.5Zn-4.5Ca-1.0RE4804355 Mg-8.5Al-0.6Zn-2Ca-0.2Mn3653059.5
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耐热镁合金活塞
耐热镁合金活塞 背景：1，车辆中的应用背景，2稀土镁合金的发展及性能特点。 活塞的铸造：1铸造类型，2不同铸造方式的特点 常见的镁合金制品：管状型材，板材，承接轴，汽车中的一些零件，等 直列6缸发动机，BMW，V8发动机图片展示， 耐热镁合金活塞——背景 汽车中的不同部位对于镁合金的用量，从中可以看出，镁合金虽然有，但用量还是比较小的，其中发动机中镁合金的用量占到了很大的比例。 耐热镁合金的研究方向，有：高比强度，超轻，高强度镁合金；高延展性喷设成形，热加工、热处理。Mg-Li系镁合金；高抗蠕变的稀土镁合金；加入纤维及颗粒增强的镁基复合材料。稀土镁合金的发展： 稀土镁合金的研制可追溯到20 世纪的20 年代,当时德国进行了MgOMM (MM 为混合稀土代号,下同) 的开发工作,并在DMWO801D 型飞机发动机上使用了MgO6MMO11. 7Mn 合金锻件。与此同时,英国也进行了混合稀土的应用研究工作,于二次世界大战期间,在飞机叶片锻件中使用了MgO3MMO0. 5MnO0. 5Ca 合金。但这种MgOMMOMn 合金存在铸态组织晶粒粗化的缺陷,从而影响了其商业应用。 1937 年,德国学者Sauerwald 首次进行了Zr有效MgOThOZr 合金晶粒的工作,对镁合金的研制作出了杰出贡献 考虑到成本因素,稀土镁合金中的稀土元素以混合稀土(富Nd 、富Ce 、富La 、Y) 形式加入。随着稀土镁合金应用要求的不断扩大,开发研制了越来越多的单一或混合重稀土镁合金2001 年开发出晶粒尺寸为100～200 nm 的高强镁合金MgO2 %YO1 %Zn (即Y和Zn 的原子分数分别为2 %和1 %) ,其强度为超级铝合金的3 倍,并具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性近年,我国的稀土镁合金也有了很大发展,在铸造镁合金中开发了很多不同特点、不同用途的种类。 耐热镁合金活塞 一般活塞都是园柱形体，根据不同发动机的工作条件和要求，活塞本身的构造有各种各样一 般将活塞分为头部、裙部和活塞销座三个部分 头部：活塞顶端和环槽部分。 活塞顶端完全取决于燃烧室的要求，顶端采用平顶或接近平顶设计有利于活塞减少与高温气体的接触面积，使应力分布均匀。多数汽油机采用平顶活塞，有些发动机（例如直喷式柴油机和新型的缸内喷注汽油机）为了混合气形成的需要，提高燃烧效率，将爆燃减少到最小程度，需要活塞顶端具有较复杂的形状，设有一定深度的凹坑作为燃烧室的一部分
镁合金成份分析与市场应用
镁合金环球镁/林来康 一.镁合金的发展 镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展目前还很不是很成熟，所以镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90％以上是压铸件。 限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易受外界环境因素的干扰而影响到生产品质，因此，镁合金的生产难度比较大；在镁合金的生产技术还不是很成熟和完善下，镁合金成形技术与后续制程仍然有待进一步推广与发展。 镁合金的耐酸的腐蚀性比较较差；而现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，也限制了镁合金在高温场合的应用；尤其是镁合金的常温力学性能，特别是塑韧性与延展性是还有待进一步提高；所以镁合金的合金系列相对很少，而变形镁合金的研究开发也是严重滞后，不能广泛的适应不同商业的应用场合要求。 我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位。在镁和镁合金的研究和应用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大'一方面，我国的原镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用。 镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（ｚＥ）等合金。 ASTM标准 常用铸造镁合金的牌号及性能
二．常见的镁合金压铸用系列： 目前常用的镁铝合金有4个系列：AZ(Mg-Al-Zn-Mn)，AM(Mg -Al -Mn)，AS(Mg–Al-Si)，AE(Mg-Al-RE)，其中AE 系列镁合金蠕变强度高。AZ 系和AM 系镁合金是目前应用最广泛的商业化Mg-Al 基铸造镁合金。 以下适应压铸或铸造用的镁合金 镁合金的化学成份（ % ）按国标准GB/T19078-2003 应用户需要可加入百万分之 5 到 15 的铍。 镁合金的机械性能： 主要用途：适应用户的要求提供具有各种化学成份和机械性能的压铸或铸造用的镁合金 三.镁合金的新进展 镁合金相对比强度（强度与质量之比）最高。比刚度（刚度与质量之比）接近铝合金和钢，远高于工程材料。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一半，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。镁合金熔点比铝合金熔点低，压铸成型性能好。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，延伸率与铝合金也相差不大。
变形镁和镁合金牌号和化学成分
变形镁及镁合金牌号和化学成分 （送审稿）编制说明 1 工作简况 1.1任务来源 随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展的要求日益提高，镁合金产品展现出广阔的应用前景。镁合金具有密度低，比强度和比刚度高，电磁屏蔽效果好，抗震减震能力强，易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域都具有巨大的应用潜力。尤其是近几年来，国家新材料产业规划中，镁合金以其自身的优点更是作为十二五期间重点推广和应用的金属材料。 随着镁合金应用领域的不断拓展，新型镁合金的研究与投入应用也是层出不穷。其中具有典型意义的产品包括3C行业用超轻镁锂系列合金的研发成功，更是突破了镁合金原有的合金系列；镁合金稀土系高强耐热镁合金的不断深入研究，更是将镁合金的品种和应用推向了更高更广的领域。GB/T 5153-2003国家标准中规定的原有的合金牌号和化学成分已经无法满足新型镁合金生产、使用与发展的要求，修订和完善本标准势在必行而且迫在眉睫，镁合金行业的蓬勃发展需要一部完善的统一的国家标准对镁合金牌号与化学成分进行统一和规范。 国标委综合[201×]×××号文件及中国有色金属工业协会中色协综字[201×]×××号文件，下达了编制《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国家标准的任务，并确定了东北轻合金有限责任公司为编写单位。 1.2 起草单位 东北轻合金有限责任公司（原东北轻合金加工厂）简称东轻公司，是作为“一
五”期间原苏联援建的156项重点工程中的2项建设发展起来的新中国第一个铝镁合金加工企业。2008年被国家有关部委认定为国家级高新技术企业。 东北轻合金有限责任公司现生产能力8.25万吨，生产《天鹅》牌铝、镁及其合金板、带、箔、管、棒、型、线、锻件和深加工制品等18类产品，228种合金，公司每年有10%左右的产品远销美国、日本、新加坡等16个国家和地区。 东轻公司现已装备各类铝镁加工设备7000余台套，其中有2000mm四重可逆式热轧机、1700mm四重可逆式冷轧机、50MN卧式挤压机等，以及从美国、德国、意大利等国引进的1400mm薄板冷轧机、1200mm和1350mm箔材轧机、16MN油压机等先进设备，其中从美国引进的40MN拉伸机是我国第一台铝合金厚板拉伸机。 目前东轻公司投资40多亿元建设改造项目，包括年产5万吨中厚板项目与年产15万吨高精板带材项目，已全部投入生产，东轻公司在铝加工行业的地位与竞争优势将进一步得到巩固和增强。 1.3 主要工作过程 2014年3月主编单位根据标准的起草原则和企业的一些内控技术指标及检验数据毫无保留的撰写了标准的草案稿，2014年3月26日～29日在扬州会议中心召开《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国标的讨论会，与会专家对标准的讨论稿进行了认真、热烈的讨论，撰写了会议纪要，形成了征求意见稿。5月广泛征求相关单位意见，对标准进行修订，形成标准的预审稿。2014年11月3日～6日在宜兴凯宾斯基饭店召开《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国标的预审会，与会专家对本标准逐条进行了讨论，提出了宝贵意见，撰写了会议纪要，形成了标准的送审稿。 2 标准制定的主要原则和依据
高强稀土镁合金
高强稀土镁合金的电化学性质研究 摘要：Mg-Gd-Y系高强稀土镁合金是稀土镁合金的一类。我们测量了含有Zr、Zn 元素的这类合金的电化学性质：极化曲线，阻抗和开路电位。电化学阻抗谱的测试结果证明合金在不同状态下只是腐蚀速度有所不同。随着Gd的增加，合金的耐蚀性不断提高，其腐蚀产物主要由大量直立于试样基底表面的细小片状组成。镁合金由于标准电位低，致使其耐腐蚀性较差，并且镁合金的表面膜疏松多孔，而加入Gd，Y，Zr元素后，其耐蚀性大幅提高。此外，稀土元素的细化晶粒作用很强，产生的强化效果较为显著。 关键词：极化曲线，阻抗，细化晶粒，耐蚀性 金属镁及其合金是目前应用的最轻的结构材料，具有铝和钢不可替代的性能，如高比强度、高比弹性模量等[1]，而且镁合金的高阻尼减振性更是其他结构材料所难具备的特点[2]应用前景很好。镁合金作为结构件使用其主要问题是强度不够，因此人们一直致力寻找新型镁合金或通过工艺优化使其达到中强度铝合金的水平。而且镁合金中镁化学性质活泼，对氧、氮等气体有极强的亲和力，容易被氧化，形成MgO和Mg3N2，其耐蚀性较差。稀土元素的性能十分特别，常在冶金和材料领域起到意想不到的作用，例如，它可以净化合金熔液、改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐腐蚀性能等[3]。稀土元素在镁合金中也可能起到独特的作用，因此，研究稀土镁合金的性能就十分必要。由于镁合金的平衡电位很低，较易失去电子发生氧化反应，耐蚀性较差，所以，研究稀土镁合金的电化学性质成为研究稀土镁合金的一个重点方向。对稀土镁合金的电化学性质研究主要需要测定稀土镁合金的极化曲线，开路电位，阻抗等。我们研究的是较为常见的Mg-Gd-Y稀土镁合金，同时在合金中掺杂些其他元素如Zr、Zn，以观察其性能变化。 1 实验 将实验原料用纯Mg（99.9%）、纯Zn（99.9%）纯Gd（99.9%）、纯Y（99.9%），纯Zr（99.9%）在电阻炉中熔炼。制备过程采用气体保护。合金编号及其化学成
镁合金的发展及应用
1 / 8 镁合金的发展及应用 摘要：综述镁合金的特点及其在交通、航空航天、兵器方面的应用情况，并结合兵器零件的使用特点和性能要求，分析了镁合金在兵器装备中的应用前景， 展望 关键词：镁合金，特点，发展，应用 1 引言 镁合金的密度很小，是钢的四分之一、铝的三分之二，但镁合金的比强度却大于钢和铝，是最轻的金属结构材料。因此，镁合金在电子产品、汽车、航空航天等需要高比强度金属材料的领域具备广阔的发展前景。但是镁合金的化学活性高，在有机酸、无机酸和含盐的溶液中均会被腐蚀，且腐蚀速率较高，使得镁合金的应用受到了很大的限制。 镁合金是重要的有色轻金属材料，具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏 蔽和抗辐射能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，广泛应用于航空航天、 2 镁合金的特点 （1）重量轻:镁合金的比强度要高于铝合金和钢/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，但却远远高于纤维增强塑料。比强度(强度/密度之比值)、比耐力(耐力/密度之比值)则比铝、铁都要高。在实用金属结构材料中其比重最小(密度为铝的2/3，钢的1/4)。这一特性对于现代社会的手提类产品减轻重量、车辆减少能耗以及兵器装备的轻量化具有非常重要的意义。 （2）高的阻尼和吸震、减震性能:镁合金具有极好的吸收能量的能力，可吸收震动和噪音，保证设备能安静工作。镁合金的阻尼性比铝合金大数十倍，减震效果很显著，采用镁合金取代铝合金制作计算机硬盘的底座，可以大幅度减轻重量(约降低70%)，大大增加硬盘的稳定性，非常有利于计算机的硬盘向高速、大容量的方向发展。 （3）良好的抗冲击和抗压缩能力:其抗冲击能力是塑料的20倍；当镁合金
镁合金的强化处理方法研究
2012年1月内蒙古科技与经济Januar y2012 第1期总第251期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.1T o tal N o.251镁合金的强化处理方法研究X 丁亚茹,韩建民 (北京交通大学,北京 100080) 摘 要:研究了镁合金的强化处理方法。不同元素对镁的影响不同,通过加入不同的元素得到不同性能的镁合金;有些合金元素加入后形成固溶体,起到固溶强化。有些元素可析出第二相,起到第二相强化作用。 关键词:镁合金;固溶强化;第二相强化 中图分类号:T G166.4 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)01—0101—02 工业纯镁强度很低,不能满足在结构材料使用时的性能要求,那么,就要通过一些方法来提高镁的性能。其中,最常用的手段是可以通过合金元素的加入,起到固溶强化和析出强化来提高镁的性能。 1 合金元素的固溶强化 合金元素的固溶强化是指将镁基体中溶入合金化元素,所添加的合金元素原子替换晶格点阵上的镁原子,形成固溶体,引起晶格畸变使镁金属强化。 形成固溶体的基本条件:原子半径和镁相差小于15%,Li、Al、T i、Cr、Zn、Ge、Z r、Nb、Mo、P d、Ag、Cd、In、Sn、Sb、T e、Nd、W、Re、P t、Au、Hg、P b及Bi 等元素皆可与镁形成固溶体。 形成无限固溶体的条件:原子半径和镁相差小于15%、与镁具有相同的原子价、与镁的晶体结构相似,Cd和Z n可与镁元素形成无限固溶体[2]。 合金元素原子可以阻碍镁原子的自扩散,使镁合金的弹性模量增大,镁合金的熔点也随之增大,镁的抗蠕变性能升高。 2 合金元素的析出强化 位错和第二相交互作用形成第二相强化,一般情况下第二相强化比固溶强化效果更加显著。第二相强化可分为析出强化和弥散强化。析出强化是通过相变热处理获得的,也称沉淀强化;弥散强化是通过粉末烧结获得的。 2.1 析出强化[3] 析出强化是金属在过饱和固溶体中溶质原子产生偏聚,由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而产生的一种强化。析出相阻碍了位错的滑移与运动,滑移位错间也可相互作用,阻碍彼此相对运动,从而提高了屈服强度。析出相还必须具有合适的尺寸、形状及物理性质,同时,与集基体间的界面性质也是关键因素。镁合金加入合金元素后会析出第二相,阻碍位错的滑移与运动,滑移位错间也可相互作用,阻碍彼此相对运动,从而提高了屈服强度。 起到析出强化作用的合金元素需要满足的条件:1高温下,合金化元素具有足够大的固溶度,且其固溶度随着温度的降低而减小。这样,随着温度的降低,才可逐渐析出第二相;o在基体中的合金化元素扩散速度不宜太快,这样可以减少位错的攀移;?镁的含量在析出相中所占比例足够大。在析出第二相时,镁元素析出的较多,合金用量降低。 2.2 弥散强化[4] 弥散强化的强化机制和析出强化相似,也是析出第二相,阻碍位错的滑移和攀升。析出强化的第二相是在固相中析出的,而弥散强化的析出相颗粒是在合金凝固过程中产生的,即从液相中析出。这些弥散强化相熔点高,且不溶于基体,具有优良的热力学稳定性。 在室温下,位错滑移受到弥散析出的颗粒相阻碍,将合金的性能提高;在高温下,析出相逐渐变得软化粗大,这就导致其失去了部分强化效果,却依然能阻止位错的移动,使合金依然具有较高的力学性能。 3 不同合金元素的强化作用[5] 3.1 铝元素 铝在固态镁合金中的溶解度较大,最大的固溶度可达到12.7%。温度改变时,铝的固溶度会随之改变,温度越低,固溶度越小,达到室温后,其固溶度只有2.0%左右。合金加入铝元素后,其可铸造性得以改善,进而铸件的强度得以提高。但是,晶界上析出了Mg17Al12,使合金的抗蠕变性能降低。特别是AZ91合金中Mg17A l12的析出量很高。铸造镁合金中,铝含量达到7%～9%。而变形镁合金中,铝含量一般可以控制在3%～5%。铝含量越高,耐腐蚀性越好,但应力腐蚀敏感性而增大。 3.2 锌元素 ? 101 ? X收稿日期:2011-11-28 作者简介:丁亚茹(1981-),女,内蒙古呼和浩特市,主要从事铝电解生产、氧化铝溶出等方面的研究。
航空航天镁及镁合金应用
“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，
高强度镁合金
高强度镁合金，铝镁合金热变形过程中的超塑性 在573K和应变率0.002时铝10.2%，镁0.52%的锰合金热变形过程拉力测试中观察到超塑性延伸率超过400%。热变形加工处理工艺包含溶液处理和热处理。接着在573K温度下多次轧制，这温度低于镁合金的固溶相线。这种处理导致完好的亚晶结构与纯净均一分布的β（Al8Mg5）和MnAl6一起凝固。当在573K退火而不出现连续再结晶在这温度变形得到完好晶粒结构而有最微小的空隙，这种结构不是静止再结晶。在温度超过镁的固溶线，例如673K再结晶和晶体长大很容易出现，当超塑性变形时导致相对粗大的晶粒结构并伴随有大量晶界滑移和空隙产生。 Ⅰ介绍 最初超塑性观点被限制在有限数量的低共熔混合物和类似最低共熔合金成分的合金。超塑性在很多的系统包括铝基合金作为制造高强度合金7075和7475现在已经被报道。在最近通常被报道的材料超塑性延展性只有在相对高的温度下（T＞773K），例如，温度超过0.8Tm 空隙被认为上导致晶界滑移变形的原因。热变形加工方法可获得超塑性功能，在如此典型合金存在冷轧或是热轧，在重结晶温度超过固溶相线温度而得到加强相。为得到足够重结晶使材料具有超塑性加热到固溶相线是必要的。接下来做如此处理，通过应力应变测试延展性来评估提升的温度。 先前在实验室的工作证明，通过热变形处理工艺包括热轧，在外界温度作用下可得高强度良好延展性的高强度镁，镁铝合金。在这研究中，热变形处理工艺必要特点是在高于镁固溶相线温度进行熔融处理（适用于10.2%铝镁二元相镁铝合金）。以热处理做补充，其温度～变（ε>2.0缩小80%）如此步骤导致0.02~0.5微米金属化合物均一、精炼纯净、均匀分散在固溶基质包含0.5~1.0微米尺寸的完好结构的伸延晶体。静止`退火低于固溶相线，例如，在573K用显微镜和X-射线方法可以看到不必要重结晶的恢复。 对疲劳特别是没有经加热处理的合金压力腐蚀特性，保持金属化合物β均匀分散是很重要的。加热超过固溶线得到再结晶显微结构导致期望的结构特性失去。在轧制条件下的机械性能决定了检测温度的提高。目前处理合金的工作类似以前的测试，唯一不同是为使晶体更精纯加入0.5%的锰。虽然也测试接近和高于固溶相线温度但重要的温度范围是低于固溶相线，在固溶相线附近认为晶体恢复、长大、可能再结晶被期望。对镁这种合金加热超过其固溶相线必要工作是β的分解，然后冷却在低于固溶相线温度凝固。沉淀物可能出现在重结晶的晶界上。这对于应力腐蚀敏感的合金将是不良结构。 Ⅱ试验性 在这研究中合金成分给在表格中。这种形体直径127㎜直接冷却成大约1040㎜长铸锭的合金可从ALCOA技术中心（宾夕法尼亚ALCOA中心）得到。所用的铝的纯度是99.99%；5%的铝锰合金中锰作为主要元素被加入；在铸造钛使钛硼合金晶体更完好；硼在硼铝合金中有控制氧化的功能。 把钢条锯成尺寸是32㎜×32㎜×95.3㎜的小块，其处理过程如图1所示。在713K做溶液处理（酸洗，调质）超过镁的固溶相线643K较好，但要低于类似最低共熔合金的温度723K 避免溶解原来非平衡态的β。通过反复的锻造钢条使最大缩小到高度的67%（ε～1.1）来完成热加工。在743k的热压板上钢条在每个轧道间被重新加热以保证完成溶解，随后重新加热和热轧后把温度降到573K。在不断地重复加热和热轧中，钢板的厚度不断减少。在早期阶段每个轧道中缩减4%，在后期阶段每个轧道中缩减25%～50%。要求经20道轧道达到最终要求的厚度。当温轧使厚度为1.7㎜缩减量是94%（ε～3.0）。
高强镁合金项目可行性研究报告
高强镁合金项目可行性研究报告 核心提示：高强镁合金项目投资环境分析，高强镁合金项目背景和发展概况，高强镁合金项目建设的必要性，高强镁合金行业竞争格局分析，高强镁合金行业财务指标分析参考，高强镁合金行业市场分析与建设规模，高强镁合金项目建设条件与选址方案，高强镁合金项目不确定性及风险分析，高强镁合金行业发展趋势分析 提供国家发改委甲级资质 专业编写： 高强镁合金项目建议书 高强镁合金项目申请报告 高强镁合金项目环评报告 高强镁合金项目商业计划书 高强镁合金项目资金申请报告 高强镁合金项目节能评估报告 高强镁合金项目规划设计咨询 高强镁合金项目可行性研究报告 【主要用途】发改委立项，政府批地，融资，贷款，申请国家补助资金等【关键词】高强镁合金项目可行性研究报告、申请报告 【交付方式】特快专递、E-mail 【交付时间】2-3个工作日 【报告格式】Word格式；PDF格式 【报告价格】此报告为委托项目报告，具体价格根据具体的要求协商，欢迎进入公司网站，了解详情，工程师（高建先生）会给您满意的答复。 【报告说明】 本报告是针对行业投资可行性研究咨询服务的专项研究报告，此报告为个性化定制服务报告，我们将根据不同类型及不同行业的项目提出的具体要求，修订报告目录，并在此目录的基础上重新完善行业数据及分析内容，为企业项目立项、上马、融资提供全程指引服务。
可行性研究报告是在制定某一建设或科研项目之前，对该项目实施的可能性、有效性、技术方案及技术政策进行具体、深入、细致的技术论证和经济评价，以求确定一个在技术上合理、经济上合算的最优方案和最佳时机而写的书面报告。可行性研究报告主要内容是要求以全面、系统的分析为主要方法，经济效益为核心，围绕影响项目的各种因素，运用大量的数据资料论证拟建项目是否可行。对整个可行性研究提出综合分析评价，指出优缺点和建议。为了结论的需要，往往还需要加上一些附件，如试验数据、论证材料、计算图表、附图等，以增强可行性报告的说服力。 可行性研究是确定建设项目前具有决定性意义的工作，是在投资决策之前，对拟建项目进行全面技术经济分析论证的科学方法，在投资管理中，可行性研究是指对拟建项目有关的自然、社会、经济、技术等进行调研、分析比较以及预测建成后的社会经济效益。在此基础上，综合论证项目建设的必要性，财务的盈利性，经济上的合理性，技术上的先进性和适应性以及建设条件的可能性和可行性，从而为投资决策提供科学依据。 投资可行性报告咨询服务分为政府审批核准用可行性研究报告和融资用可 行性研究报告。审批核准用的可行性研究报告侧重关注项目的社会经济效益和影响；融资用报告侧重关注项目在经济上是否可行。具体概括为：政府立项审批，产业扶持，银行贷款，融资投资、投资建设、境外投资、上市融资、中外合作，股份合作、组建公司、征用土地、申请高新技术企业等各类可行性报告。 报告通过对项目的市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等方面的研究调查，在行业专家研究经验的基础上对项目经济效益及社会效益进行科学预测，从而为客户提供全面的、客观的、可靠的项目投资价值评估及项目建设进程等咨询意见。 可行性研究报告大纲（具体可根据客户要求进行调整） 为客户提供国家发委甲级资质 第一章高强镁合金项目总论 第一节高强镁合金项目背景 一、高强镁合金项目名称 二、高强镁合金项目承办单位 三、高强镁合金项目主管部门 四、高强镁合金项目拟建地区、地点 五、承担可行性研究工作的单位和法人代表
耐热镁合金及其开发思路
耐热镁合金及其开发思路 连菊红 西北师范大学化学化工学院09级化学1班兰州730070 摘要:简述了耐热镁合金的特点和概况,介绍了合金化耐热镁合金、镁基复合材料和快速凝固镁合金3 大领域,重点分析了开发新型耐热镁合金的思路、方法与需要注意的问题,并提出了一些建议,为进一步拓宽镁合金在汽车、航天航空等领域的应用提供理论依据。 关键词:耐热镁合金;开发;思路 He a t Re s i s t a nt Ma g ne s i um All o ys a n d De vel opi n g S t r a t e gi e s Lianjuhong Class1.college of chemistry and chemical Engineering ,Northwest normal university ,lanzhou730070. Abs t rac t :The characteristics and survey of heat re sistant Mg alloys were briefly reviewed , then alloying heat re sistantmagne sium alloys 、magne sium matrix compositeandrapidlysolidified magne sium alloys were introduced , finally the thought s means and existing problems of developingnew heat re sistantMgalloys were mainly analyzed andsomesuggestionswereproposed ,which provided theoretical reference for the magne sium alloystowiden their application in the automobile industry ,aerocraft and so on. Ke y w ords :Heat re sistant magne sium alloys ; Development ; Strategie s 镁合金是目前工业上可应用的最轻的金属结构材料,具有密度小、比强度高、比刚度高、尺寸稳定的特点,也有电磁屏蔽好以及良好的切削加工性能、充型流动性等优点,但是由于镁合金的高温性能差、蠕变强度低,限制了镁合金的应用范围。例如,对于使用温度较高、必须防止油的渗漏的发动机引擎盖等汽车、摩托车零部件,都要求镁合金具有良好的高温性能和抗蠕变性能。因此,耐热镁合金的研究与开发成为全球材料研究的主要课题之一。 1 耐热镁合金的分类 根据获得耐热性的方法不同把耐热镁合金分为合金化耐热镁合金、镁基复合材料和快速凝固镁合金3 大类。 1. 1 合金化耐热镁合金 合金化是材料强化的主要手段。目前常用的镁合金系列有Mg2Al 、Mg2Zn 、Mg2RE 系等,其中Mg2RE 系合金耐热性能最好。Mg2Al 系合金是目前牌号最多、应用最广的合系,Mg2Al 合金为基础发展的三元合有:Mg2Al2ZnMg2Al2SiMg2Al2Mn 、 Mg2Al2RE 常用系列及近期开发的Mg2Al2Ca 、Mg2Al2Sr 等系列。Mg2Zn 系合金研究较少,但近年来的研究也出现可喜的成果,有Mg2Zn2Cu 系合金的开发成功, 典型代表ZC63 和ZC62 。另外还有Mg2Zn2Al 系镁合金,如ZA102 、ZA104 、ZA144 , 但该系合金不足之处是韧性较低。目前Mg2Zn2Al 这个系列的专利耐热合金较多,如IMRA America 加钙的ZAC8506 ,U be 工业公司和现代汽车公司各自开发的加 Si 、Sr 合金Zn2Al2Si2Sr。Mg2RE 系合金主要应用在200 ℃以上的使用温度, 开发出来的有Mg2Y、Mg2Sc 、Mg2Sm 等具有良好耐热性的镁合金,稀土在镁合金中的作用除净化、除气除杂以外,还能改善合金的铸造性能、耐蚀性能和焊接性
镁合金压铸技术的发展及其应用.docx
镁合金压铸技术的最新发展及其应用 镁合金是最轻的工程金属材料之一，具有很好的比强度、比刚度等性能，特别适合制造要求重量轻、强度高、减震降噪的工程结构部件和要求一定强度的壳类零件。镁合金低熔点、低比热及充型速度快等优点极其适合於用现代压铸技术进行成形加工。现代科技和相关产业技术的发展，使镁 合金的应用範围迅速扩展，特别是在汽车工业和电子信息产业中获得大量应用。 本文主要介绍镁合金压铸技术研究、开发、应用的发展状况，希望藉此 促进中国镁压铸技术的发展及其在各个领域、尤其是汽车工业中的推广应用。 概述 长期以来，镁的 80%用於铝合金的添加元素或冶金行业脱氧等、 13%用於铸造合金、 3%用作变形制品。随着科技进步及对镁可贵性的认识，其产品广泛用於航空、航天、汽车配件、电子及通讯等领域。 汽车行业采用镁合金量的急剧增加是拉动镁合金全球用量增加的重要因素，生产商在汽车上应用镁合金零部件不仅是为了减轻重量，更是藉此 来不断提高汽车的性价比，从而加强其在竞争日益激烈的汽车巿场上的 竞争优势。预计 1996~2008 年全球用於汽车零部件的镁量平均每年递 增15%以上，其中，北美增长速度为 30%，欧洲则超过 60%。 欧、美、日等发达国家的汽车制造公司在政府的协调下与科研院所密切 合作，投入大量人力物力，实施多项大型研究发展计划，研究用镁合金 制造汽车零部件。这些研究开发计划促进了镁合金在汽车上的应用发展。电子信息产业由於数字化的发展，巿场对电子及通讯产品高度集成化、轻薄化及可回收的要求愈来愈高。以前作为主要材料的工程塑料已经无 法满足要求，因此人们把目光投向了镁合金。例如，镁合金具有优异的 薄壁铸造性能，其压铸件壁厚可达 0.8mm-1.5mm，并保持一定的强度、刚度和抗冲击性能。因此，在薄壁、轻薄、抗冲击、电磁屏蔽、散热及环保等方面的要求之下，镁合金成了制造商的最佳选择。近年来，电子信息产业的镁合金消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量的另一重要因素。
镁合金力学性能强化的几种途径
镁合金力学性能强化的几种途径 摘要对近几年镁合金力学性能强化的研究进行了总结，主要途径归纳为三个方面，一是热处理，二是合金化，三是加工工艺。 关键词：镁合金力学性能热处理合金化加工工艺 镁及镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有密度低、比强度和比刚度高的特点,而且还具有优良的阻尼性能、较好的尺寸稳定性和机械加工性能及较低的铸造成本。广泛应用于航空航天、汽车和电子等行业。但是,镁合金密排六方的晶体结构及较少的滑移系决定了其塑性变形能力较差,所以应该用一些方法来提高其力学性能，本文就近几年镁合金力学性能方面的研究进行总结，并提出建议。 1 镁及其合金的力学性能 镁是一种二价的碱金属元素，属于密排六方晶系，这种密排六方结构使之在力学和物理性能方面表现出强烈的各向异性。纯镁象其他纯金属一样，表现出相对低的强度。其弹性模量E=45GPa，切变模量K=17GPa，比弹性模量E/ρ=25GPa。因此必须用其他元素进行合金化以获得所需要的性能。目前主合金元素是Al、Zn 和Re等，这些合金元素使镁合金得到不同程度的强化。变形镁合金主要通过热变形和冷变形来提高强度。热处理是提高镁合金力学性能的重要途径。另外其他一些工艺或处理也能有效提高镁合金的力学性能，如颗粒增强复合材料、半固态铸造和熔体热速处理、表面处理等。 2强化途径 2.1 热处理 2.1.1铸造镁合金的热处理 铸造镁合金的室温和高温力学性能强化途径有固溶处理和失效处理[1]。对某高锌镁合金Mg-Zn-Al-RE进行热处理[2]，固溶处理温度340℃,保护剂为硫铁矿石,保温时间20 h,热水淬火,淬火介质采用70～75℃热水;时效处理温度180℃,保温时间10 h,出炉空冷。经固溶及时效处理后,合金的相成分主要为α-Mg,还有含微量稀土的其它固溶强化三元相。其中比较典型的固溶强化相有Ф相
新型高性能耐热系列镁合金及制备成型技术研发可行性研究报告
新型高性能耐热系列镁合金及制备成型技术研发可行性研究报告
XX省重大科技创新专项资金 项目论证报告 新型高性能耐热系列镁合金及制备成型技 术研发 XX工业技术研究院
1 总论 1 申请项目概述 随着我国“十一五”计划和“2010远景规划”的实施，新型高、精、尖国防武器不断投入预研和实现批量生产，轻量化、集成化、高可靠性成为提高国防装备整体性能的关键。如航天设计部门提出，某型号导弹的战斗部舱段、仪器舱舱段、拦截器舱段、固定尾舱等，如能采用高性能耐热镁合金替代目前所使用的ZL201A、ZL114A、ZL205A等铝合金材料，则能够有效减轻装备重量，为高性能导弹提供灵活的设计空间，其直接影响到产品的系统级水平。又如我国航空设计部门提出采用高性能耐热镁合金制造直升机发动机动力系统结构件如齿轮箱、缸体、缸盖等，以提高发动机效率。此外，装甲车、坦克等武器装备也存在类似需求。 在国内民用工业领域如汽车、电子、医疗器械等行业，对镁合金的类似需求不胜枚举。正在发展的压铸镁合金和半固态镁合金仅能满足汽车领域的非重要部件需求，而一些汽车厂家如东风汽车公司和一汽大众公司则已把目光瞄准汽车中重要结构件如镁合金齿轮箱体和镁合金轮毂等，希望能够用高性能镁合金来替代铝合金，以减少汽车自身重量，大幅减少油耗和排放量，但目前可适用镁合金的匮乏成为桎梏。
和发达国家相比，国内现有铸造镁合金材料的品类较少，各项性能与国外同类合金相比有较大差距。如我国工业领域使用广泛的ZM5合金，与国外同类镁合金AZ91E 相比，抗腐蚀性能明显较低。又如，我国现有的在200~250℃下耐热性能良好的ZM3、ZM4及ZM6合金，其中，ZM3和ZM4室温强度明显偏低而限制了其应用。目前，ZM6合金是我国应用最为良好的兼具优良室温和高温力学性能的高强耐热铸造镁合金，在航空航天部门具有重要应用。但由于ZM6合金的使用环境温度仅限于250℃以下，各项性能尚不能全面满足设计部门的更高要求，所以对于更高性能耐热镁合金（如对于铸造镁合金的要求：室温力学性能：σb ≥300MPa, σ0.2≥210MPa ，δ≥3%；高温力学性能： MPa C b 220250≥ σ，MPa C b 135300≥ σ，MPa C h 40300%2.0,100≥ σ，MPa C h 60300100≥ σ）的需求愈来愈紧迫。总体来看，我国现有镁合金系列中最为急需的是在250℃~350℃环境温度下使用的高性能耐热镁合金，由于该类镁合金的缺少，使得我国在设计制造先进飞行器等工业产品中的重要耐热镁合金构件时，直接面临着无合金可选用的窘境。而美欧的WE43、WE54、QE22和俄罗斯的МЛ9、МЛ14等可在250℃~350℃环境温度下良好应用的高强耐热镁合金则早已投入使用，而且性能更好的新型耐热镁合金如Electron21正不断涌现。因此，加强我国在高性能耐热镁合金材料领域的应用基础研究和创新是非常必要的。
镁合金的发展
镁及镁合金发展回顾 1808年在实验室制得纯镁，1886年镁合金在德国开始工业化生产，1930年德国首次在汽车上运用镁合金73.8Kg，1935年苏联首次将镁合金用于飞机生产，1936年德国大众用压铸镁合金生产"甲克虫"汽车发动机传动系统零部件，1946年达到单车镁合金用量18Kg，1938年英国伯明翰首次将镁合金运用到摩托车变速箱壳。20世纪40年代皮江炼镁法发明，由于工艺简单，生产成本大幅降低，使全世界的原镁产量大幅增加，但能源消耗大，污染环境严重。此前所用的电解法炼镁，虽然洁净，但生产成本较高。 金属镁生产情况 20世纪90年代初开始，世界对镁的需求量大幅度增加，原镁的产量和消费量随之迅速增长，进入21世纪全球原镁生产能力已超过60万吨，国际上镁产业的布局情况是，原镁生产以中国、加拿大、澳大利亚、独联体国家为主，其中以中国和加拿大的原镁生产能力增长幅度较大。据统计，2002年世界原镁产量为：中国27万吨，加拿大11.7万吨，美国4.5万吨，挪威4.2万吨，俄罗斯4万吨，以色列2.75万吨，法国1.7万吨，乌克兰1.5万吨，巴西1.2万吨，哈萨克斯坦1万吨，塞尔维亚0.5万吨，印度900吨。 当前，西方发达国家已基本不进行对环境影响较大的原镁生产，而进行具有优良特性的镁合金的研究与开发。我国原镁产量约占全球总产量的70%，是世界上第一大原镁生产国和出口国。2003年我国原镁产
量、出口量分别为35.4和29.8万吨,分别较上年的26.8、20.9万吨增长32.1%和42.6%。下表列出2000-2003年原镁产量的基本情况。 表1 2000－2003年我国及全球原镁产量 金属镁主要用于：作铝基合金的重要添加元素，这部分用量约占镁的总消耗量的43%左右；用于镁合金制造各种零部件的用量已达到镁消耗量的35%左右；镁用于炼钢脱硫约占13%；此外镁还用于阴极保护材料、金属还原剂和化工行业等。世界镁的消费区域主要集中在北美和欧洲地区，其消费量约占全球总消费量的3/4。 镁合金概述 镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1％。 1、镁合金性能 （1）重量轻。镁合金是最轻的工程结构材料，镁的密度1.74，约为钢的1/4，铝的2/3，相比，为工程塑料的1.5倍。
高性能镁合金发展现状与趋势
高性能镁合金发展现状与趋势 摘要 随着人们对能源和环境的日益关注，镁及镁合金的应用正在受到前所未有的关注。镁是我国少有的几种优势金属资源之一，在过去的15年里，我国的镁工业从弱小到壮大，目前已成为世界上原镁生产的绝对大国，2003年镁产量更是占世界总产量的60%以上。从2000年开始，在师昌绪等院士的直接推动下，我国镁合金的研究和应用也取得了举世瞩目的成绩，逐步从镁生产大国向镁研发和应用强国迈进。过去5年里，我国在高性能镁材料的研究，镁加工装备的开发以及镁合金深加工产品的开发应用方面都取得极大的进展。从镁产业的角度来讲，已经形成了从原材料到深加工一直到应用的完整产业链，从镁研究开发的角度来讲，已经初步形成了从基础研究到应用研究一直到产品开发的完整科研开发体系。镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料，近年来已成为全球学术界的一个研究热点，并越来越受到工业界的重视。目前我国在镁合金的研究和应用上取得了很大进展，已经研制出耐热镁合金、高强高韧镁合金等新材料，在变形镁合金领域也取得了突破，本文重点介绍几种有特色和良好应用前景的高性能镁合金，以及镁合金成形加工技术的最新研究进展。高性能镁合金包括阻燃镁合金、低成本高强度铸造镁合金和高强耐热变形镁合金，成形加工技术包括镁合金涂层转移精密铸造技术、镁合金熔体复合纯净化技术、不含六价铬离子的镁合金超声阳极氧化表面处理技术、大型镁铸件低压成型技术以及镁板差温拉深工艺。镁合金的深入研究有力地推动了镁合金产业的发展。 关键词镁合金发展现状趋势 正文 1、我国镁及镁合金现状 我国目前在镁工业方面拥有三项"世界冠军"。第一是镁资源大国，储量居世界首位。在青海盐湖蕴藏着氯化镁32亿吨，硫酸镁16亿吨。在辽宁、山西、宁夏、内蒙、河南等省区菱镁矿均有很大储量，仅辽宁大石桥一带的储量就占世界菱镁矿的60%以上，矿石品位高达40%。第二是原镁生产大国，2003年我国共生产原镁35.4万吨，约占全球总产量的67%。第三是出口大国，年产量80%以上的镁出口到国际市场。尽管如此，我国的镁工业还存在着不少问题，主要表现在：1)原镁生产技术比较落后，质量不够稳定，镁锭中的夹杂物和有害元素含量大大超标，难以满足压铸、板材轧制和冲压等高端产品的生产需求;2)出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭，镁合金出口比重只有15%左右，镁合金制品出口则更是微乎其微，因此出口利润低效益差，而对于军工生产所需求的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口;3)原创性的研究成果缺乏，目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产，而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。 中国镁合金产品的生产和应用现状是，镁合金的优势已经被许多企业所认识，在汽车、摩托车和3C产业中镁合金已经开始获得应用，用户包括如上汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海尔等，例如，一汽铸造有限公司AM50镁合金方向盘骨架;镁合金压铸迅速增长，台湾、香港和大陆投资的镁压铸厂分布在向几乎全国各地，各种压铸机数量超过50台;变形镁合金加工开始起步。 2、我国镁合金研究现状 国家相关研究和应用计划包括，科技部组织实施的"十五"攻关计划重大专项"镁合金应用开发及产业化"、"十五"863计划相关项目、重点国际合作计划、科技型中小企业创新基金，国家自然科学基金委立项的国家自然科学基金，国防科工委的民口军工配套项目，经贸委的技改项目，国家发改委的高技术示范工程等。 十五科技攻关重大专项"镁合金应用开发及产业化"的目标是，建立镁合金技术创新体系;
耐热镁合金组织性能与强化机理研究
耐热镁合金组织性能与强化机理研究 镁合金在交通运输、航空航天等领域的巨大应用前景引起了世界各国研究机构和科研人员的关注。一直以来，欧美国家在耐热镁合金的开发和应用研究上都处于领先地位。随着我国经济的快速发展，高性能耐热镁合金的开发与应用得到我国政府、科研机构和研究人员的日益关注。特别是近十几年来，我国在耐热镁合金的研究上已经呈现后来居上的态势。作为一个镁资源和稀土资源大国，进一步加快镁的深加工水平，提高镁制品的科技含量，开发出系列具有国际先进水平的新型高性能镁合金和先进的镁合金制备和成型新技术，将为我国国民经济发展注入强劲的科技创新动力。 标签：镁合金；组织；性能；强化机理 前言 镁的比强度比铝和钢高，比刚度相当，常用于汽车发动机与传动部件、轨道交通、航空航天器结构部件等。仅在汽车上，就有100多种零件采用镁合金，比如德国大众、美国通用、日本丰田和国内的上汽、东风、长安等公司已经在发动机、变速器和仪器仪表壳体及各种支架上应用镁合金材料。但是，镁合金在高温使用时，其高温强度和蠕变强度会急剧降低，使得使用范围受到较大限制。因而耐热镁合金的研究和开发得到了科研机构和研究人员的关注。 1 研究目的 Mg-Th系列是最早开发的耐热镁合金，开发伊始大量应用于导弹和飞机，但是因为Th的放射性会造成人身伤害，因而已经不再使用。后来研究人员又开发了AE系、WE系、EZ系、AS系等稀土耐热合金。稀土元素可以减小镁合金晶界扩散的渗透性，减慢其相界的凝聚作用。而且，常见的稀土元素会和镁元素形成热稳定性较高的的第二相粒子，这些粒子在镁合金变形的过程中起到阻碍位错的作用，从而增加合金的抗变形强度。这些稀土镁耐热镁合金长期使用温度可达120℃以上，因而得到广泛的开发和应用研究，然而，由于稀土的比重远高于镁，且镁在浇铸时极易烧损，其浇铸工艺难控，所得合金的稳定性较差。同时，稀土耐热镁合金的塑性通常较差，不利于机械加工。 文章主要针对现有的商业化镁合金高温力学性能差，不能长期用于高温环境的不足，以及已有的AS系镁合金铸造性能差，抗拉强度和屈服强度低，AE系凝固范围窄，充型能力差等缺点，分析微量钆、钪、钇等稀土元素及碱土族元素对耐热镁合金组织性能的影响，并研究多种强化机制对合金基体和晶界的强化作用，为开发新型镁-稀土合金奠定研究基础，以满足汽车及航空工业对更高耐热性能的要求。 2 镁合金的组织及性能