按成形工藝,鎂合金可分為鎂合金鑄造和變形鎂合金,兩者在成分、組織性能上存在較大差異。
鎂合金鑄造主要用壓鑄工藝生產(chǎn),其主要特點是生產(chǎn)效率高、可生產(chǎn)薄壁及形狀復(fù)雜的構(gòu)件,且鑄態(tài)組織優(yōu)良、鑄件表面質(zhì)量好、尺寸精度高。在合金中加入鋁可強(qiáng)化鎂合金并使其具有優(yōu)異的鑄造性能,為了便于壓鑄,鎂合金鑄造中的鋁大于3%,同樣為了降低熱裂傾向,鎂合金鑄造中的鋅含量不超過2%。鎂合金鑄造應(yīng)用于汽車零件、機(jī)件罩殼和電器結(jié)構(gòu)等。
與鎂合金鑄造相比,變形鎂合金組織更細(xì)、成分更均勻、內(nèi)部更致密,因此變形鎂合金強(qiáng)度和延伸率均較高。第一次世界大戰(zhàn)以來,變形鎂合金獲得了較系統(tǒng)地研究與發(fā)展,并形成系列的鎂合金系。變形鎂合金的板材、擠壓材以及鍛件等塑性加工產(chǎn)品、航空航天、賽車等領(lǐng)域得到了較多的應(yīng)用。
目前鎂合金形成了一個較完整的體系,但鎂合金牌號還沒有形成國際通用的標(biāo)準(zhǔn)。美國材料試驗協(xié)會的命名方法應(yīng)用更普遍一點,其命名方法是由“字母-數(shù)字-字母”三部分組成的命名系統(tǒng)。第一部分的二個字母表示兩種主要兩種合金元素,第二部分?jǐn)?shù)字分別表示這兩種元素含量的重量百分比,第三部分的字母是用來區(qū)分具有相同標(biāo)稱成分的不同合金。
暫不考慮鎂鋰合金,下面介紹具有密排六方結(jié)構(gòu)的鎂合金。
①Mg-Al系
Mg-Al系合金一般屬于中等強(qiáng)度、塑性較高的最常用合金系,它們具有良好的強(qiáng)度、塑性和耐腐蝕性等綜合性能,而且價格較低。Mg-Al系合金中,部分AZ、AM、AE合金屬于高塑性鎂合金。Mg-Al-Zn系合金應(yīng)用很廣泛。它的主要特點是強(qiáng)度高,并具有良好的鑄造性能。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(qiáng)度,并賦于熱處理強(qiáng)化效果。共晶溫度(437℃)下,鋁在鎂中的溶解度為12.27%,100℃時溶解度為2.0%,因此可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。鋅能提高合金的強(qiáng)度,改善合金的塑性,提高耐腐蝕性,但鋅增加疏松和熱裂紋的形成傾向。
AZ系中的AZ31、AZ61,具有良好的塑性、強(qiáng)度和耐腐蝕性等綜合力學(xué)性能,AZ31和AZ61的延伸率能達(dá)到19%以上。常用Mg-Al合金鋁含量小于10%,由于不平衡結(jié)晶,室溫狀態(tài)組織為α(Mg)+β(Mg17Al12),β相隨鋁含量的增加而增多。在鋁含量小于10%時,隨著鋁含量增加,固溶條件下β相可全部溶入α基體中,隨Al量增加抗拉強(qiáng)度不斷提高;伸長率則在3~8%范圍內(nèi)達(dá)到最大值。AZ合金在固溶處理條件下塑性較好,細(xì)小晶粒組織的塑性較好。在研究AZ31B合金的軋制時,發(fā)交叉軋制板材的塑性較好。
AM系列鎂合金具有優(yōu)良的韌性,用于經(jīng)受沖擊載荷、安全性要求高的場合。AM20壓鑄態(tài)下延伸率可達(dá)20%,AM50和AM60壓鑄態(tài)延伸率可達(dá)到15%,塑性均較好。對Mg-Al-Mn三元鎂合金,當(dāng)錳含量小于1%時,室溫狀態(tài)組織為α(Mg)+β(Mg17Al12)+MnAl,隨著錳含量的增加,組織中將出現(xiàn)脆性的β-Mn相,使塑性降低。
AE系合金具有較好的抗蠕變和耐熱性能,其中有些合金塑性亦較好。AE42合金具有優(yōu)良的綜合性能,同時其鑄態(tài)延伸率能達(dá)到17%,屬于高塑性鎂合金。
②Mg-Zn系
Mg-Zn系合金中,加入少量的鋯,能顯著細(xì)化晶粒并提高強(qiáng)度,改善合金的耐腐蝕性和耐熱性。Mg-Zn-Zr系合金具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性及耐腐蝕性。
ZK60除具有較高的強(qiáng)度外,塑性亦較好,擠壓態(tài)延伸率能大于17%,它是工業(yè)變形鎂合金中綜合性能最好、應(yīng)用廣泛的合金[51,52]。在Mg-Zn合金中添加適量的稀土、鋯或銅來凈化合金并細(xì)化晶粒,對提高塑性也有益。
③Mg-Mn
Mg-Mn系合金包括,ASTM系列中M1A和GB/T5153-1985中的MB1和MB8。Mg-Mn系合金具有良好的耐腐蝕性能、焊接性能和塑性,但強(qiáng)度較低,可用來制造承力不大,但要求耐腐蝕性高及焊接性好的零件。Mg-Mn系是具有包晶反應(yīng)的合金系,且錳鎂間不能形成化合物。錳容易同有害雜質(zhì)元素鐵化合,從而消除鐵對抗蝕性的有害影響,使得合金在海水中的腐蝕速度大大降低。在Mg-Mn合金中加入少量的稀土,能夠細(xì)化晶粒和凈化晶界,使合金塑性進(jìn)一步提高。Mg-1.5~2.5Mn-0.4Ce屬于變形鎂合金,主要用于生產(chǎn)板材、棒材、型材和鍛件,應(yīng)用較為廣泛,其在熱處理狀態(tài)下,強(qiáng)度能達(dá)到250MPa,延伸率達(dá)20~23%。
?、躆g-RE
向鎂中加入稀土元素,能達(dá)到以下幾方面的作用[53-55]:1)能顯著提高高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能,Mg-RE系合金能在150-250℃下長期工作或在250-300℃下短期工作;2)能改善鑄造性能,減小產(chǎn)生顯微疏松和熱裂紋的傾向;3)能改善焊接性能,并且有較高的焊縫強(qiáng)度;4)Mg-RE系合金的耐腐蝕性不亞于其他鎂合金,一般無應(yīng)力腐蝕傾向。
鎂合金中加入RE元素可以提高合金的強(qiáng)度、塑性和耐熱性能。Mg-Y-Nd-Zr和Mg-Nd-Zr兩類鎂合金,擠壓并熱處理后的延伸率大于20%,是塑性優(yōu)越的鎂合金。Mg-Y二元合金在565℃時發(fā)生共晶反應(yīng):L→α-(Mg)+β(Mg24Y5),β是面心立方晶格,晶格常數(shù)為a=2.223nm。在565℃時,Y在鎂中的最大固溶度為12%,Y溶基體中,能降低軸比,提高合金塑性。WE43是高塑性的高強(qiáng)度耐熱鎂合金,延伸率能達(dá)到20%。室溫下WE43合金的組織為α-Mg、Mg24Y5、Mg9Nd(或Mg12Nd)三相共存。WE43在高性能汽車和導(dǎo)彈中具有廣闊的應(yīng)用前景。Mg-5Nd-0.5Zr合金的變形態(tài)延伸率大于20%。
?、軲g-Li系
在鎂合金中加入輕金屬鋰,使合金密度降低,促使合金的晶體結(jié)構(gòu)由密排六方向體心立方轉(zhuǎn)變,能大大提高了合金的塑性。Mg-Li合金中,當(dāng)鋰大于5.7%時,β相在組織中出現(xiàn),使合金塑性急劇升高;當(dāng)鋰大于10%時,合金為β單相組織,塑性遠(yuǎn)大于普通鎂合金,在室溫下就可塑性成形。Mg-8.7Li等合金的延伸率大于50%。Mg-8.5Li-Y合金在較高的應(yīng)變速率下具有超塑性。但Mg-Li合金成本很高,限制了它在工業(yè)中的推廣應(yīng)用。
龍超鑄造位于南京市,故本廠主要進(jìn)行南京鑄造,公司除了銅合金鑄件外,還有鋁合金鑄件、鎂合金鑄件。公司是專業(yè)經(jīng)營鑄造,鑄造件的企業(yè)。公司業(yè)務(wù)范圍有機(jī)械加工、有色鑄造、配件機(jī)械、機(jī)械加工鑄造、砂型鑄造、離心鑄造、殼芯鑄造、熔模鑄造、精密鑄造、金屬型鑄造、低壓鑄造、有色鑄件等。公司以以生產(chǎn)有色金屬精密鑄件為主。