變形鎂合金的研究與應用

1、1變形鎂合金的研究與應用一、研究的必要性隨著人類文明依賴的部分金屬、能源礦產(chǎn)資源趨于枯竭，人類對生存環(huán)境惡化的日益關注，降低能源消耗，提高能源利用率，減少環(huán)境污染，開發(fā)利用新型材料能源，保證人類文明的可持續(xù)發(fā)展成為當今世界面臨的十分重要而緊迫的問題。鎂是地球上儲量豐富的輕金屬元素，鎂合金作為最輕質的商用金屬工程結構材料，具有比強度和比彈性模量高、阻尼吸震降噪性能優(yōu)越、鑄造成型性好、機加工和表面裝飾性能良好、易于回收利用等特點，被譽為“2

2、1世紀綠色結構材料”，成為汽車、摩托車等交通工具、計算機、通訊、儀器儀表、家電、輕工、軍事等行業(yè)的重要選材。我國是鎂資源大國，可利用鎂資源儲量占世界的70%。目前，我國原鎂產(chǎn)量居世界首位，占全球產(chǎn)量的40%。由于國內還沒有形成鎂加工產(chǎn)業(yè)體系，應用領域的開拓更為滯后。2000年全國原鎂產(chǎn)量約為20萬噸，其中80%以上作為初級原料低價出口。該現(xiàn)狀致使我國鎂工業(yè)在發(fā)展中迅速轉變?yōu)橐蕾嚵畠r出口低附加值原材料的工業(yè)，浪費了國家寶貴的自然礦產(chǎn)資源。

3、為了將我國的鎂資源優(yōu)勢化為技術和經(jīng)濟優(yōu)勢，推動我國鎂資源的合理開發(fā)利用，國家已將“鎂合金應用及產(chǎn)業(yè)化”列為“十五”攻關項目重大專項，在“863”科技計劃中將“先進鎂合金及應用技術”列為新材料技術領域“高性能結構材料技術”專項的重點專題。鎂合金產(chǎn)品的加工和應用在國際上近幾年剛剛形成需求市場，主要市場在歐盟、北美、日本和韓國等地方。就鎂合金產(chǎn)品國際市場需求來看，市場容量大、層次多，特別是變形鎂合金產(chǎn)品具有較大的市場潛力。目前，世界各國均十分

4、重視變形鎂合金的研究與開發(fā)，將變形鎂合金產(chǎn)品的加工視為一個國家有色金屬加工水平的重要標志。目前，中央在世紀之交作出了“西部大開發(fā)”的戰(zhàn)略決策，旨在利用西部資源豐富、地域廣闊的優(yōu)勢保持國民經(jīng)濟的穩(wěn)定高速增長，推動國家經(jīng)濟的平衡發(fā)展。這給西部發(fā)展提供了千載難逢的歷史機遇。在這一政策和重慶市政府、各科研研究院所等的相互配合和積極努力下，我市近兩年來圍繞著鎂合金應用技術的研究和新產(chǎn)品的開發(fā)開展了系列工作，取得了令人可喜的成效，試制生產(chǎn)了十幾種鎂

5、合金板、管、型材、研發(fā)力度的步伐均已走在了國內其它省市的前列。盡管如此，還應配合國家“十五”攻關，“863”科技計劃，加大變形鎂合金的研發(fā)力度，開發(fā)出高性能的變形鎂合金產(chǎn)品，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，進而推動我國鎂資源的3壓材和鑄件形式生產(chǎn)，主要用于航空和軍事領域。由于鋰的加入，鎂由密排六方結構轉變成體心立方結構，使合金在較低溫度下具有延展性，更易于加工，因此在變形鎂合金的研究上具有重大的意義。然而加入鋰后，增大蒸發(fā)及

6、燃燒危險性，合金只能在保護密材條件下熔煉，并且強烈地降低腐蝕性能，并且其用途有限目前尚無進行大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)。MgMn系合金具有良好的耐蝕性及焊接性能，但強度較低，可用來制造承力不大，但要求耐蝕性高及焊接性好的零件。錳容易同有害雜質元素化合，從而消除鐵對抗蝕性的有害影響，使得腐蝕速度特別是在海水中的腐蝕速度大大降低。該系合金主要加工成板材、棒材、型材和鍛件，目前仍然得到較多的應用。如ASTM系列中M1A合金加工材。MgAlZn系合金是發(fā)展

7、最早，應用也很廣泛的一類鎂合金。如AZ31、AZ61、AZ81等。它的主要特點是強度高，能夠進行熱處理強化，并有良好的鑄造性能。但其屈服強度和耐熱性不夠高。鋁是該合金系中的主要元素，其主要作用是提高合金的室溫強度，賦于熱處理強化效果。鋁在鎂中的溶解度很大，其共晶體溫度(437℃)下為12.27%。溫度下降時，溶解度迅速減小，100℃時僅為2.0%。因此該系合金可進行熱處理強化，強化相為Mg17Al12。鋅也能提高合金的強度及熱處理強化效

8、果。在含量適當時，能改善合金的塑性，對提高耐蝕性也有一定的好處。但鋅對鑄造性能有不利的影響，增加形成疏松和熱裂紋的傾向，所以在工業(yè)用MgAlZn合金中，鋅含量都較低，約1%左右。為了提高耐蝕性，該合金系一般還加入少量的錳。在變形鎂合金中，MgZnZr系合金具有最高的強度、良好的塑性及耐蝕性。因此，MgZnZr系合金也是目前應用最多的變形鎂合金之一。鋅是該合金系中的主要合金化元素，工業(yè)用該系鎂合金中大多在46%的范圍內。由于鋅有引起顯微疏

9、松和熱裂紋的傾向，鋅含量進一步提高時，對合金的鑄造性能和壓力加工都有不利影響。向MgZn合金中加入少量的鋯，能顯著細化晶粒并提高強度。鋯能強烈細化合金晶粒的原因是：鋯在液態(tài)鎂中的溶解度很小，在液態(tài)金屬凝固時，鋯首先以?–Zr質點形式析出，?–Zr與Mg均為密排六方晶格，而且晶格常數(shù)也很接近。因此液態(tài)金屬中?–Zr微粒就成為合金結晶時的結晶核心，促使晶粒細化。鋯含量達0.60.8%時，具有最大的細化晶粒和提高機械性能的作用。此外，鋯對改善