第三节
工业镁合金分类
工业镁合金
• ①按生产工艺：
• 铸造镁合金，ZM+数字顺序号
镁合金零部件还被通过用涂层的方法进行表面处理。
• 目前，这些研制生产出的军用镁合金零部件已进入实际演示验 证和考核阶段，预计不久将得到初步应用。
六、镁合金的应用
汽车工业的应用
• 上世纪八十年代初，严格控制铁、铜、镍等杂质含量，镁合金 的耐蚀性得到了解决，同时，成本下降又大大促进了镁合金在汽 车上的应用. •镁合金压铸件在汽车上的应用已经显示出长期的增长态势。在 过去十年里，其年增长速度超过15%。 •在欧洲，已经有300种不同镁制部件用于汽车，每辆欧洲生产的 汽车上平均使用2.5kg镁。每辆汽车对镁的需求将提高至70～ 120kg。
三、镁合金热处理的主要类型
• 与铝合金基本相同，但镁合金中原子扩散速度慢， 淬火加热后，通常采用静止式，流动空气中冷却即 可. • 热处理时，工艺上应特别注意防止零件在高温加热
过程中发生氧化与燃烧.
• 选用带空气循环的电炉，炉温波动<±5℃，不锈钢
炉内保持中性气氛（CO2、Ar）或0.5-1%SO2的大气
• T61采用热水淬火，可提高实际强化效果，
• 对冷却速度敏感性较高的Mg-RE-Zr系合金，与铸
态性能相比，T6（一般为空冷）使强度↑40-50%，
而T61 ↑ 60%-70%，延伸率保持不变。
三、镁合金热处理的主要类型
（6）氢化处理
• 提高Mg-Zn-RE-Zr系合金的力学性能，效果显著。
• 氢化处理的缺点是：氢扩散较慢，厚壁铸件所需 保温时间较长，需要专门的渗氢设备。 • 热处理常见的缺陷为不完全淬火、晶粒长大、表 面氧化、过烧及变形等。
一、主要合金元素及其作用 2、Mg合金化原则 • 利用固溶强化和时效处理所造成的沉淀硬化
来↑合金的常温和高温性能.
• 合金元素在镁基体中应有较高的固溶度，有
明显的温度关系.
• 需考虑合金元素对抗腐蚀和工艺性的影响.
一、主要合金元素及其作用
3、镁合金常用的几个合金系：
• Mg-Al-Zn系 如MB2、MB3、ZM5
二、镁合金的固态相变特点
• 和铝合金相比，镁合金的基本固态相变形式是过 饱和固溶液的分解，也是时效硬化的理论依据。 • 1.Mg-Al系合金 ：平衡组织是δ固溶体+Mg17Al12 化合物，从437℃的12.6%降到室温下的1%。不 存在预沉淀和过渡相阶段。 • 2.Mg-Zn系合金：存在预沉淀阶段，在110℃以下， G.P.区→β′→β（MgZn）。 • 在110℃以上，不形成G.P.区，而是α→ β′→β （MgZn）。添加Zr可细化晶粒。
丰富. • 镁合金优点：密度小<Al，比强度和比刚度较高，减 震性好、切削性能和抛光性能好，易锻易加工. • 镁合金缺点：潮湿大气中耐蚀性差、缺口敏感性较大.
dolomite白云石
Magnesite菱镁矿
Carnallite光卤石
二、镁的发展过程
• 1775年：发现了镁的化合物。 • 1808年：英国戴维用钾还原氧化镁，制得镁。
• 室温下，与大气中氧作用，形成较脆的薄膜，耐蚀性很差.
室温强度低、塑性差：纯镁单晶体临界切应力为4.8MPa左右， 其多晶体的强度和硬度很低，不能直接用做结构材料。
加工状态
铸MPa
E/ GPa
ε(％)
ψ(％)
HBS
11.5 20.0
2.5 9.0
45 45
8 11.5
进行的退火处理。
• 如：Mg-Al-Zn系铸造合金ZM5的退火规程为350℃加热23h，空冷，冷却速度对性能无影响。
三、镁合金热处理的主要类型
（3）T4,淬火处理。 • 可以提高合金的抗拉强度和延伸率，ZM5常用此 规范。 • 为提高过饱和固溶度，淬火温度只比固相线低510℃。加热时间较长（砂型厚壁铸件） • 如：ZM5金属型铸件，415 ℃加热8-16h • 薄壁（<10mm）砂型铸件加热12-24h。 • 厚壁（>20mm）铸件为360 ℃3h+420 ℃21～29h。
舶、海底管线、钻井平台；机场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处 理厂、石化工厂、冶炼厂、加油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、 锅炉等设备.
六、镁合金的应用
电子工业
汽车工业
航空航天工业
六、镁合金的应用
镁合金抗震自行车架
六、镁合金的应用
镁合金车轮
六、镁合金的应用
国防工业领域 由于镁及镁合金耐冲击，如果能够开发出与铝合金 耐蚀性能相当的镁合金，则其在兵器等各种军用领域 将有着广阔的应用前景。 如照明弹用镁粉、穿甲弹用高比强度镁合金弹托材 料，以及可用变形镁合金制造的战术航空导弹舱段、 副翼蒙皮、壁板和雷达、卫星上用的镁合金井字梁、 相机架和外壳等零件。
9 12.5
30 36
四、镁合金的特点
• 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，为工程塑料的1.5倍.
• 比强度、比刚度高：镁合金的比强度明显高于铝合金 和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料， 为一般塑料的10倍. • 减振性好：相同载荷下，是 铝的100倍，钛合金的300～ 500倍. • 磁屏蔽性佳.
钛合金，常用合金中比热最高.
• 质感佳：外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感.
• 可回收性好：花费相当于新料价格的4%，可回收利
用镁合金制品及废料.
五、纯镁的应用
生产铝合金：铝合金中的添加元素。2002年全世界共用了14.56 万吨镁，占40%；我国2003年共用2.1万吨镁，占41%。镁与原 铝的消费比率约为0.4%.
六、镁合金的应用
六、镁合金的应用
武器上的镁合金
六、镁合金的应用
国防工业领域
• 武器轻量化是现代兵器的发展趋势，利用镁合金取代现有武器 上的一些零部件正成为各国研究的热点。 • 有关单位已分别通过锻造或铸造成型方式开发出了变形镁合金 冲锋枪机匣、枪尾、提把、前扶手、枪托体、大托弹板、瞄具 座、小弹匣座以及军用铸造合金发动机进出水管和发动机滤座 等军品武器用零部件，其中部分对耐蚀耐磨有较高要求的军用
二、镁合金的固态相变特点
• 3.Mg-Re系合金：时效强化相为Mg9RE或Mg12RE。
• 钕（Nd）在α固溶体中溶解度较大（约4%）。
• 铈、镧、镨的最大溶解度分别为为0.74%、1.9%、 2.0%。 • 故Mg-Nd系合金的时效强化效果最显著. • 4.Mg-Mn系合金 • 单独的Mg-Mn系合金应用较少，改善合金耐热性 及抗蚀性具有良好作用.
一、主要合金元素及其作用
1、按合金元素与镁的作用性质，镁的二元相图可分 为；
• （1）在液态及固态只能有限互溶的合金系，如 Mg与Na、K、V等
• （2） 在液态及固态均可完全互溶的合金系，如 Mg-Cd • （3） 在固态有限溶解并具有共晶或包晶转变的 二元系，大多数属于这种情况。
Mg-Al合金相图
试制成功了气门室罩盖、变速箱盖等镁合金压铸件，其中气门室罩盖已通 过装车试验。
东风汽车公司：
以镁合金变速箱上盖的产业化应用为重点突破对象，完成了10万次规范的 台架试验，并顺利通过考核；同时对已装车的真空助力器中间隔板、左右 脚踏步的应用情况调查表明其应用效果良好。
第二节 镁的合金化及热处理原理
淬火加热后一般为空冷。
三、镁合金热处理的主要类型
• （4）T6,淬火+人工时效。 • 目的：提高合金的屈服强度，塑性有所降低。
• 主要应用于Mg-Al-Zn系和Mg-RE-Zr系合金。
• 高锌的Mg-Zn-Zr系合金，为充分发挥实际强化效
果，也可选用T6处理。
• （5）T61,热水中淬火+人工时效。
Mg-Zn合金相图
一、主要合金元素及其作用
（3）Re合金元素的作用
• 稀土金属除可改善合金的耐热性外，对降低合金
氧化速率也有帮助 • Mg-Re系合金具有良好的铸造工艺性和热变形能 力。 • 例：钕（Nd）综合作用最佳，高低温强化效果均 好。 • 铈（Ce）或铈混合稀土金属，对改善耐热性效果
较好，常温强化效果低。
六、镁合金的应用
六、镁合金的应用
重庆长安集团公司： JL462Q发动机变速器上、下壳体： 已形成年产1500t汽车变速器压铸的生产能力。2003年底，变速器上下 壳体、箱体延伸体和缸罩等7个零件已批量装车，并通过了小批量装车试验， 目前正在进行批量生产前的最后中批量装车考核中；此外，该公司还打算 用镁合金取代更多的零部件，如方向盘、座椅内架等，逐步使每辆车用量 达到20Kg。 一汽集团：
三、镁的基本性质
• 具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性.
• 热导率: 156 W/(m· K).
• 低的强度、韧性、抗蚀性，易与氧作用而燃烧，限
制了镁的应用. • 用Al、 Zn、Mn、稀土等进行合金化生产具有高比 强度镁合金 .
三、纯镁物理及其冶金性质
化学活性高：
• 潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中剧 烈的腐蚀。 • 干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四 氯化碳、汽油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。
Boys, Be Ambitious.
有色金属及热处理
第三章 镁及镁合金
第一节 镁及镁合金的基本特征
第二节
第三节 第四节 第五节
镁的合金化及热处理原理
工业镁合金 先进镁合金材料发展方向 我国镁合金材料开发与研究情况
第一节
一、概述
镁及镁合金的基本特征
• 资源丰富，仅次于铝、Fe，地壳含量2.35%. 我国资源
• 1991年：全球汽车用镁压铸件2.5万吨。 • 1995年：全球汽车用镁压铸件5.6万吨。 • 2000年：全球汽车用镁压铸件近15万吨，占全球镁压铸件的