鎂的合金元素與雜質(zhì)
2019-12-06 13:47 ?瀏覽:次
結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的都是鎂合金,因?yàn)榧冩V的強(qiáng)度低。通過(guò)合金化,可使鎂的強(qiáng)度性能得到很大提高,還可以改善工藝性能、化學(xué)性能等。根據(jù)合金化元素對(duì)二元鎂合金力學(xué)性能的影響,通常把它們分為三類:可以同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性的,Al、Zn、Ca、Ag、Ce、Ni、Cu、Th(提高由高到低),而改善塑性的順序(由高至低)則為Th、Ga、Zn、Ag、Ca、Al、Ni、Cu;提高塑性的作用大,但強(qiáng)化效果較小的元素有Cd、Ti、Li;強(qiáng)化效果明顯但使塑性下降的元素有Sn、Pb、Bi、Sb。
鋁Al 可與鎂形成的有限固溶體,是鎂合金最常用的合金化元素,也是用量最大的,在鎂合金用的合金化元素中,鋁的用量幾乎占55%左右。在共晶溫度時(shí)(710k),鋁在鎂中溶解度為12.7%,在提高合金強(qiáng)度性能的同時(shí),可拓寬合金的凝固區(qū)間,改善鑄造性能。由于鋁在鎂中的固溶度隨著溫度的下降而顯著減小,所以鎂-鋁合金可以進(jìn)行熱處理。鎂合金中的最大鋁含量一般為10%,否則,合金的塑性會(huì)顯著下降,應(yīng)力腐蝕開裂傾向也加大。鋁含量為6%,強(qiáng)度與塑性可得到最佳的匹配。鎂可與鋁形成化合物Al12Mg17。
銀Ag 在鎂中的固溶度大,可達(dá)15.5%。銀與鎂的原子半徑相差11%,當(dāng)Ag溶入Mg中后,形成間隙式固溶體使晶格發(fā)生大的畸變,有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,銀可以提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度,但降低其抗腐蝕性能。含銀的鎂合金獲得了商業(yè)應(yīng)用。
鈹Be 鎂及鎂合金熔體易氧化,添加0.001%Be~0.002%Be能有效地降低鎂合金熔體在熔煉鑄造時(shí)的表面氧化,不過(guò)含量稍多時(shí)會(huì)使晶粒粗化,因此砂型鑄件的鈹含量應(yīng)控制。
鈣Ca 向鎂合金添加鈣有不少優(yōu)點(diǎn):可以降低熔體和鑄件熱處理時(shí)的氧化;細(xì)化合金晶粒;提高合金蠕變強(qiáng)度;降低合金的微電池效應(yīng),從而可使陰極活性區(qū)縮小;少量鈣(≤0.3%)可提高合金薄板的可軋制性能,若鈣含量>0.3%,則薄板在焊接時(shí)易開裂;含2%Ca的快速凝固AZ91合金的腐蝕速度只有0.2mm/a,僅為不含鈣合金的1/4。不過(guò)含鈣的鎂合金也有一些不足之處:鈣在水溶液中不穩(wěn)定,在PH較高的溶液中會(huì)形成Ca(OH)2;此外,含鈣的鎂合金在鑄造時(shí),鑄件易粘模和熱裂。
銅Cu 銅是鎂合金的一種雜質(zhì),變形鎂合金的Cu含量應(yīng)≤0.5%,鑄造鎂合金的Cu含量應(yīng)≤0.20%或≤0.10%。銅對(duì)鎂合金的抗蝕性有較大影響,若其含量>0.5%,則抗蝕性顯著下降,不過(guò)銅提高鎂合金的高溫強(qiáng)度。
鐵Fe 鐵對(duì)鎂及鎂合金的抗蝕性有顯著影響,是鎂合金應(yīng)于控制的雜質(zhì)元素,合金中的最大含量0.005%。
鋰Li 鋰是不常用的工業(yè)鎂合金化元素,由于鋰的密度?。?.534kg/t),所以Mg-Li合金的密度比純鎂的還低。鋰可以顯著提高鎂合金的塑性變形能力,但卻降低其強(qiáng)度性能與抗蝕性。鋰在鎂中的固溶度隨著溫度的下降而減少,有一定的固溶強(qiáng)化效果。鋰增大鎂熔體蒸發(fā)與燃燒的傾向,因此,宜在真空或保護(hù)密封條件下熔煉。
鎳Ni 鎳是鎂合金的一種有害雜質(zhì),它的作用與鐵的相傾,少量鎳會(huì)大大降低鎂合金的抗蝕性,其含量應(yīng)≤0.005%,個(gè)別鎂合金如MB1及MB8的最大含量可達(dá)0.01%。
錳Mn 錳是鎂合金的一種常用合金化元素,變形鎂合金的含量一般<3.0%,鑄造鎂合金的含量則≤0.5%。錳對(duì)鎂合金的抗拉強(qiáng)度沒(méi)有影響,但稍提高其屈服強(qiáng)度,錳細(xì)化鎂合金的晶粒,對(duì)其可焊性也有利。錳在鎂中的固溶度低。
銻Sb 銻可與鎂形成化合物Mg3Sb2,它有高的熱穩(wěn)定性,能有效地提高M(jìn)g-Al合金的室溫及高溫強(qiáng)度。銻可以細(xì)化Mg-Si合金的晶粒,其效果優(yōu)于鈣的,并改變Mg2Si的形貌。銻與少量混合稀土一同加入Mg-5Al-Zn-ISi合金中,可以明顯改善它的抗蝕性,制成室溫力學(xué)性能優(yōu)于AZ91合金的,而高溫力學(xué)性能甚至比AE42合金的還高。
鋁Al 可與鎂形成的有限固溶體,是鎂合金最常用的合金化元素,也是用量最大的,在鎂合金用的合金化元素中,鋁的用量幾乎占55%左右。在共晶溫度時(shí)(710k),鋁在鎂中溶解度為12.7%,在提高合金強(qiáng)度性能的同時(shí),可拓寬合金的凝固區(qū)間,改善鑄造性能。由于鋁在鎂中的固溶度隨著溫度的下降而顯著減小,所以鎂-鋁合金可以進(jìn)行熱處理。鎂合金中的最大鋁含量一般為10%,否則,合金的塑性會(huì)顯著下降,應(yīng)力腐蝕開裂傾向也加大。鋁含量為6%,強(qiáng)度與塑性可得到最佳的匹配。鎂可與鋁形成化合物Al12Mg17。
銀Ag 在鎂中的固溶度大,可達(dá)15.5%。銀與鎂的原子半徑相差11%,當(dāng)Ag溶入Mg中后,形成間隙式固溶體使晶格發(fā)生大的畸變,有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,銀可以提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度,但降低其抗腐蝕性能。含銀的鎂合金獲得了商業(yè)應(yīng)用。
鈹Be 鎂及鎂合金熔體易氧化,添加0.001%Be~0.002%Be能有效地降低鎂合金熔體在熔煉鑄造時(shí)的表面氧化,不過(guò)含量稍多時(shí)會(huì)使晶粒粗化,因此砂型鑄件的鈹含量應(yīng)控制。
鈣Ca 向鎂合金添加鈣有不少優(yōu)點(diǎn):可以降低熔體和鑄件熱處理時(shí)的氧化;細(xì)化合金晶粒;提高合金蠕變強(qiáng)度;降低合金的微電池效應(yīng),從而可使陰極活性區(qū)縮小;少量鈣(≤0.3%)可提高合金薄板的可軋制性能,若鈣含量>0.3%,則薄板在焊接時(shí)易開裂;含2%Ca的快速凝固AZ91合金的腐蝕速度只有0.2mm/a,僅為不含鈣合金的1/4。不過(guò)含鈣的鎂合金也有一些不足之處:鈣在水溶液中不穩(wěn)定,在PH較高的溶液中會(huì)形成Ca(OH)2;此外,含鈣的鎂合金在鑄造時(shí),鑄件易粘模和熱裂。
銅Cu 銅是鎂合金的一種雜質(zhì),變形鎂合金的Cu含量應(yīng)≤0.5%,鑄造鎂合金的Cu含量應(yīng)≤0.20%或≤0.10%。銅對(duì)鎂合金的抗蝕性有較大影響,若其含量>0.5%,則抗蝕性顯著下降,不過(guò)銅提高鎂合金的高溫強(qiáng)度。
鐵Fe 鐵對(duì)鎂及鎂合金的抗蝕性有顯著影響,是鎂合金應(yīng)于控制的雜質(zhì)元素,合金中的最大含量0.005%。
鋰Li 鋰是不常用的工業(yè)鎂合金化元素,由于鋰的密度?。?.534kg/t),所以Mg-Li合金的密度比純鎂的還低。鋰可以顯著提高鎂合金的塑性變形能力,但卻降低其強(qiáng)度性能與抗蝕性。鋰在鎂中的固溶度隨著溫度的下降而減少,有一定的固溶強(qiáng)化效果。鋰增大鎂熔體蒸發(fā)與燃燒的傾向,因此,宜在真空或保護(hù)密封條件下熔煉。
鎳Ni 鎳是鎂合金的一種有害雜質(zhì),它的作用與鐵的相傾,少量鎳會(huì)大大降低鎂合金的抗蝕性,其含量應(yīng)≤0.005%,個(gè)別鎂合金如MB1及MB8的最大含量可達(dá)0.01%。
錳Mn 錳是鎂合金的一種常用合金化元素,變形鎂合金的含量一般<3.0%,鑄造鎂合金的含量則≤0.5%。錳對(duì)鎂合金的抗拉強(qiáng)度沒(méi)有影響,但稍提高其屈服強(qiáng)度,錳細(xì)化鎂合金的晶粒,對(duì)其可焊性也有利。錳在鎂中的固溶度低。
銻Sb 銻可與鎂形成化合物Mg3Sb2,它有高的熱穩(wěn)定性,能有效地提高M(jìn)g-Al合金的室溫及高溫強(qiáng)度。銻可以細(xì)化Mg-Si合金的晶粒,其效果優(yōu)于鈣的,并改變Mg2Si的形貌。銻與少量混合稀土一同加入Mg-5Al-Zn-ISi合金中,可以明顯改善它的抗蝕性,制成室溫力學(xué)性能優(yōu)于AZ91合金的,而高溫力學(xué)性能甚至比AE42合金的還高。
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