镁合金 第一节 镁及镁合金 第二节 镁合金中的合金元素 第三节 镁合金的生产及热处理特点 第四节 变形镁合金 第五节 铸造镁合金 第一节 概述 一、纯镁的特性 镁在地壳中的储藏量极丰富，其蕴藏量为2.1%，仅次于铝和铁而占第三位。 其特点如下： 1、纯镁的比重小，只有1.74，是工业用金属中最轻的一种。镁合金具有比铝合金更高的比强度，可达18.8左右。 2、镁的弹性模数E比较小，在室温时E为45000MPa。 3、纯镁的熔点为650土1℃。但镁在熔化温度时极易氧化甚至燃烧，故熔炼技术比较复杂。 4、镁具有密排六方点阵结构，其塑性变形能力比铝小。 5、纯镁的强度不高，大致与纯铝差不多。 6、镁具有很高的化学活泼性。其表面氧化镁薄膜性很脆，而且不如氧化铝薄膜致密，故镁在潮湿的空气中，特别在盐水中的抗腐蚀性很差。 二、纯镁及镁合金的牌号及分类 1、工业纯镁 牌号用汉语拼音字母M加顺序号表示。如M1、M2、M3。号数愈低愈纯。纯镁的主要用途是用于制造镁合金和其他合金的合金元素，以及用在烟火工业和化学、石油等工业部门。 工业纯镁的牌号及纯度 牌 号 代 号 Mg % Fe% Si% Ni% 一号工业纯镁 M1 99.95 0.02 0.01 — 二号工业纯镁 M2 99.92 0.04 0.01 0.001 三号工业纯镁 M3 99.85 0.05 0.03 0.002 2、镁合金 和铝合金一样，可以分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。 牌号采用汉语拼音字头加顺序号表示，如铸造镁合金ZM1、ZM3、ZM5及变形镁合金MB1、MB1、MB3等。 镁合金具有较高的比强度和比刚度，并有高的抗震能力，能承受比铝及其合金大的冲击载荷，且切削加工性好，易于铸造和锻压，所以在航天航空工业中获得较大应用。 第二节 镁合金中的合金元素及其作用 一、镁的合金化 镁的合金化原理与铝的相似，主要是通过加入合金元素，产生固溶强化、过剩相强化、沉淀强化和细晶强化，以及提高合金的抗蚀性和耐热性能。常用合金元素主要是铝、锌、稀土金属、锂、银、锆、钍、锰及微量镍等。 固溶强化和时效强化是镁合金的主要强化手段，凡是能在Mg中大量固溶的元素，一般都是镁合金的有效强化合金元素。 根据合金元素的作用和极限溶解度，大致分成三类： 包晶反应类：Zr、Mn；起固溶强化、细化晶粒、提高抗蚀性和耐热性的作用。 共晶反应类：Ag、Al、Zn、Li、Th；是主要合金元素，起固溶强化和沉淀强化作用。 稀土元素（RE）： Y、Nd、La、Ce、Pr、混合RE等，有提高抗蠕变性能的作用。 共晶反应型元素是高强度镁合金的主要合金元素，这类元素在 Mg中有较大的溶解度变化，有明显的时效硬化效应。Mg合金中的主要强化相有： （1）Mg2Zn3相 （2）γ-Mg17Al12相 （3）Mg2RE相 （4）Mg23Th6相 （5）Mg12Nd2Ag相 （6）A12Nd和A12Y相 铝：在镁中具有较大的溶解度，故固溶强化效果显著。由于其在共晶温度437℃时的极限溶解度w(Al)=12.6％，室温时为2.0%左右，所以可进行时效强化。变形镁合金的铝含量一般在3～5%。 锆：锆是高熔点金属，溶于镁基固溶体，起相当的固溶强化作用。锆与镁同为密排六方点阵，镁锆合金在冷凝时，首先从液相中析出α-Zr，可作为镁结晶时的非自发形核核心，使合金的凝固组织细化。 稀土元素：固溶的稀土元素（如镧、铈、钇、钕等）可以增强镁合金的原子间结合力，降低合金中原子扩散速度，增加合金的热稳定性。镁与稀土金属形成一系列金属间化合物，如Mg9RE、Mg12RE等。已知Mg9Nd的热稳定性高，有明显的沉淀强化效果。 镁合金中的杂质以铁、铜和镍危害性最大，铁含量大于0.016%就显著降低镁的抗蚀性。为消除铁的有害影响，通常在镁中加入一定量的锰（0.15～0.5%），锰能与铁生成化合物并沉积于熔体底部。 第三节 镁合金的生产及热处理特点 一、镁合金的生产 纯镁的熔点为650土1℃。但镁在熔化温度时极易氧化甚至燃烧，故熔炼技术比较复杂。熔炼镁合金都在650℃以下进行，通常是在溶剂（NaCl、KCl和MgCl的混合物）的覆盖下，在坩埚中进行熔化。 二、镁合金的热处理 镁没有同素异构转变，因此亦是通过淬火+时效处理进行强化。镁合金的热处理工艺与铝合金相比较具有以下特点： 1、镁合金的淬火加热温度比较低。因为镁合金的组织一般都比较粗大，而且组织达不到平衡状态。处于不平衡状态的合金熔点要比平衡状态低些。 2、镁合金淬火加热的保温时间比铝合金长得多。因为合金元素在镁中的扩散速度非常慢，过剩相的溶解速度亦比较缓慢。 3、淬火加热速度不宜太快，通常需要采用分段加热，以防止过烧。 4、镁合金淬火冷却可采用空冷或在70～100℃水中冷却，因为强化相从过饱和固溶体中析出速度缓慢。 5、镁合金一般都采用人工时效处理。 6、镁合金的热处理切忌用硝盐浴炉加热，一般都在真空热处理炉、箱式电炉或井式电炉中加热。在高温的硝盐浴中镁合金会发生剧烈的化学作用而引起爆炸。 第四节 镁合金 一、变形镁合金 1、镁锌锆系合金(Mg-Zn-Zr) 这类镁合金是热处理强化变形镁合金。其中镁合金MB15的w（Zn）=5.0％～6.0％，w（Zr）= 0.3％～0.9％，w（Mn）=0.l％。其沉淀强化相为Mg2Zn3。 MB15的缺点是焊接性差，不能做焊接件。由于其强度高，耐蚀性好，无应力腐蚀倾向，能制造形状复杂的大型构件，如飞机上的机翼长绗、翼肋等，其使用温度不超过150℃。