镁合金的成分、组织和性能介绍.ppt

第 2 章镁合金的成分、组织和性能
2. 1 概述
%,但是纯镁不能用作结构材料。
在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素形成的镁合金具有较高的强度,可以作为结构材料广泛应用。
在20世纪20年代至30年代晚期,镁合金的开发和应用达到第一个高峰;在20世纪50年代,达到第二个高峰;从20世纪90年代至今是第三个高峰。
2. 2 镁合金成分对性能的影响
镁合金的合金化特点
(1) 晶体结构因素
根据休谟一饶塞里定则(Hume—Rothery Rules),金属结构相同,原子尺寸、电化学特征相近,才能形成无限固溶体。镁具有密排六方晶体结构(hcp),其它常用的密排六方金属(如锌和铍),不能满足上述条件,不能与镁形成无限固溶体。只有镉可满足上述条件,在高温(>253℃)下,能与镁形成无限固溶体。
(2) 原子尺寸因素
溶质和溶剂原子大小的相对差值在15%以内才可能形成无限固溶体。如图2-1所示,对镁来说,金属元素中约有1/2可能形成无限固溶体,约1/10的金属元素相对差值在15%左右,其它则在15%以外。
(3) 电负性因素
溶质元素与溶剂元素之间的电负性相差越大,生成的化合物越稳定。Darken—Gurry理论认为,。
镁具有较强的正电性,当它与负电性元素形成合金时,几乎一定形成化合物。这些化合物往往具有拉弗斯(Laves)型结构,同时其成分具有正常的化学价规律。
拉弗斯相是一种金属间化合物,它借大小原子排列的配合而实现密堆结构,其分子式为AB2,A原子半径大于B原子半径。
尽管形成拉弗斯相的主要因素是尺寸因素,但是电子浓度在确定其结构类型和稳定性方面起着重要作用。
典型的拉弗斯相包括三种:MgCu2(立方)、MgZn2(六方)、MgNi2(六方)。
MgCu2型有LaMg2;
MgZn2型有BaMg2、CaMg2。
化合物的稳定性可用熔点来表示,表2-1列出镁合金化合物的熔点。
可见,Mg17Al12熔点最低,Mg2Si熔点最高。所以,Mg-Al合金耐高温性能较差,而Mg-Si耐高温性能较好。
表2-1 镁合金化合物的熔点
(4) 原子价因素
业已指出,当溶质和溶剂的原子价相差越大,则溶解度越小。
与低价元素相比,较高价元素在镁中的溶解度较大。
所以,尽管Mg-Ag和Mg-In之间原子价差是相同的,但一价银在二价镁中的溶解度比三价铟在镁中的溶解度要小得多。
镁合金成分与牌号
目前,国际上倾向于采用美镁合金。
镁合金中合金元素代号见表2-2。
镁合金牌号中两位数字表示主要合金元素的名义质量分数(%)。其局限性是不能表示出有意添加的其它元素。
由于这个原因,这种体系需要改进。
后缀字母A、B、C、D、E等是指成分和特定范围纯度的变化。
如AZ91E表示主要合金元素为Al和Zn,其名义含量分别为9%和1%,E表示AZ91E是含9%Al和1%Zn合金系列的第五位。
表2-2 镁合金中合金元素代号