鎂課堂:(十八)用途最廣的鎂鋁系合金
2015年03月18日 10:28 12078次瀏覽 來源: 中國有色金屬報 分類: 鎂應用 作者: 王祝堂
鋁是鎂合金最主要的合金化元素,是當下牌號最多、應用最廣的鎂合金,常用的鑄造鎂-鋁合金有AZ81A、AZ81S、AZ91D、AZ91S、AZ63A、AM20S、AM50A、AM60B、AM100A、AS215、AS41B、AS41S等。鎂-鋁合金通常還含有少量的Zn、Mn、Si等,在應用的鎂合金中,鎂-鋁系合金占65%左右,而在工業(yè)應用的鑄造鎂合金中,鎂-鋁系合金又占有85%以上。常用的變形鎂-鋁合金有:AZ31B、AZ61A、AZ80A、AZ10A等。
Mg-Al系相圖屬共晶型,在共晶溫度437℃時,鋁在鎂中的溶解度為12.7%,而在室溫時僅約為2%,鋁含量大于6%的合金屬熱處理可強化的。在工業(yè)上應用的鎂-鋁合金中。鋁含量一般不超過10%,否則合金的各項性能會有不同程度的下降。鋁可以提高鎂的各項性能,含鋁6%左右的鎂合金具有最高的強度和伸長率。含鋁≥2%的鑄含合金中會出現(xiàn)Al12Mg17或Al3Mg4(庀啵?,若含铝量大?8%,庀嘁怨簿問窖鼐Ы緋什渙耐捶植跡竊?430℃退火或固溶處理溶入固溶體中,淬火后成為過飽和的固溶體,在隨后的進效過程中庀囁紗庸倘芴逯形齔觶斃Ч淮螅蛭遣揮肽趕喙哺窕虬牘哺?。尽骨{绱耍薔Ы縞系擬相可以作為腐蝕障礙,可提高合金的抗蝕性。
Mg-Al合金通常還含有少量的鋅與錳,鋅可以溶于固溶體,產生進一步的固溶強化,并能稍稍改善抗腐蝕性能??墒卿\卻使含7%~10%鋁的鎂合金的熱收縮率上升。加入的Mn可與鋁形成針狀或短棒狀化合物。合金中的雜質鐵在淬火時還可能析出AlFe化合物。
鑄造鎂-鋁合金一般含6%~10%Al,用于鑄造大型薄壁復雜零件,常用的合金有AZ63A、AZ81A、AZ91A-E、AZ92A、AM100A,還研發(fā)出有特殊用途的壓鑄合金,如高純的低鋁合金AM60A、AM60B、AM50A、AM20等,它們有高的斷裂韌性,因為晶界上的Al12Mg17化合物質點大大減少,多用于鑄造車輪、座椅框架、方向盤等汽車零件。變形鎂-鋁合金的鋁含量一般≤8%,鋅的含量≤1.5%,典型的合金為AZ10A、A31B、AZ31C、AZ61A、AZ80A等,用于鍛壓零件與軋制板、帶,以及擠壓、棒、型、管材等,AZ80A合金約含8%Al,雖有高的強度與可進行固溶時效處理,但有相當嚴重的應力腐蝕傾向,已大量被有更好性能的Mg-Zn-Zr系合金取代。
Mg-Al系合金雖有良好的力學性能、鑄造性能和抗大氣腐蝕性能,是目前室溫下應用最廣泛的鎂合金,但是當溫度高于120℃后,AZ系及AM系合金的強度性能會急劇下降,因為Al12Mg17的熔點為460℃,在溫度高于120℃時成為軟質相,不能有效地釘扎晶界,于是通過晶界滑移發(fā)生滑移。向Mg-Al合金添加1%Ca可以提高合金的蠕變強度,但是鈣的含量不能>1%,否則合金具有熱裂傾向。降低鋁含量而加入硅,也可以提高蠕變強度,從而開發(fā)出了如AS41A、AS41B、Al21等這樣的AS系鎂合金。因為降低鋁含量可以減少Al12Mg17質點,而Si與Mg可形成細小的Mg2Si質點,阻礙晶界移動。AS21合金的鋁含量低,蠕變強充比AS41A、AS41B合金的高,但是鑄造性能差。雖然Mg-Al-Si系合金有高的抗蠕變強度,但還是不如A380鋁合金的。
向Mg-Al系合金添加RE元素,可以進一步提高合金的抗蠕變強度,如AE42合金的抗蠕變強度不但比Mg-Al-Si系合金的高,而且有更好的綜合性能,不過稀土的價格昂貴。稀土元素對Mg-Al合金蠕變性能的影響機制至今仍元統(tǒng)一的看法。一般認為,抗蠕變強度的提高是由于晶界上形成了大量的阻礙晶界滑移的Mg12RE質點,不過應注意的是,Mg-Al-RE合金只適于壓鑄,因為壓鑄時的冷卻速度快,可形成細小的Mg12RE質點,否則會形成粗大的Mg12RE化合物,使性能變壞。
以AZ合金為基礎,提高鋅含量降低鋁含量開發(fā)的ZA104合金是一種蠕變強度較高且鑄造性能較好成本也不高的合金。日本研發(fā)的Mg-5Al-2Ca-2RE-0.3Mn合金具有比AE42合金更高的抗蠕變強度,而且其耐熱性與抗蝕性與A384鋁合金的相當,還有良好的可鑄造性能。
責任編輯:淮金
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