《镁及镁合金》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2章 镁及镁合金,2.1 概述,2.2 纯镁,2.3 镁合金,2.4 镁合金的应用,2.1 概述,1808年，英国戴维，钾还原氧化镁，制得镁。物理性质：银白色，密度1.74克/厘米,3,，熔点648.9,，沸点1090。电离能7.65电子伏特。,晶体结构：密排六方结构。原子半径：1.72 埃。,具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性。,热导率:156 W/(mK),具有较强还原性,，,能与热水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光，镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用，也不受苛性碱侵蚀，但极易溶解于有机和无机酸中，镁能直接与氮、硫和卤素等化合，包括烃、醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微地或者根本不起作用。,来源：镁存在于菱镁矿、白云石、光卤石中。每立方英里海水含有约120亿磅镁。,镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，,熔盐电解法,：,工业上利用电解熔融氧化镁,硅热还原法,：,在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁。,用途：置换钛、锆、铀、铍等金属。用于制造轻合金,、,烟火、闪光粉、镁盐等。结构性能类似于铝，用于飞机、导弹中。镁在汽油燃点可燃。,牌号,化学成份%,Mg,杂质元素不大于,Fe,Si,Ni,Cu,Al,Mn,Cl,Ti,Pb,Zn,其它单个杂质,Mg9998,99.98,0.002,0.003,0.0005,0.0005,0.004,0.002,0.002,0.001,0.001,0.005,Mg9995,99.95,0.003,0.01,0.001,0.002,0.01,0.01,0.003,0.01,0.005,Mg9990,99.90,0.04,0.02,0.001,0.004,0.02,0.03,0.005,0.01,Mg9980,99.80,0.05,0.03,0.002,0.02,0.05,0.05,0.005,0.0,2.2 纯镁,纯镁的牌号,镁为密排六方结构。熔点648.9。,25时晶格常数为：a=0.3202nm，c=0.5199nm；c/a=1.6237。,密度低，常用结构材料中最轻的金属,：,20时密度1.738g/cm,3,。,体积热容比其他金属都低,：,20时的体积热容为,1781,J/(dm,3,K)，,铝：2430,钛：2394,镍：4192,铁：3521,铜：3459,锌：2727,镁及其合金是加热升温与散热降温都比其他金属快。,2.2 纯镁,纯镁的特性,元素,元素在周期表中的排序,原子重量,比重,熔点,%IACS（Cu=100）,镁,12,24.3,1.7,650,40,铝,13,27.0,2.7,660,64,钛,22,47.9,4.5,1668,3.1,铁,26,55.9,7.9,1530,18,镍,28,58.9,8.9,1453,18,铜,29,63.6,8.9,1083,100,锌,30,65.4,7.1,693,-,化学活性高,：,潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中均会引起剧烈的腐蚀。,干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、汽油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。,室温下，镁表面与大气中氧作用，形成氧化镁薄膜，但薄膜较脆，也不像氧化铝薄膜那样致密，故其耐蚀性很差。,室温强度低、塑性差,：,纯镁单晶体临界切应力为4.8MPa左右，其多晶体的强度和硬度很低，不能直接用做结构材料。,加工状态,bMPa,sMPa,E/GPa,(),(),HBS,铸态,11.5,2.5,45,8,9,30,变形状态,20.0,9.0,45,11.5,12.5,36,2.2 纯镁,纯镁的特性,镁物理性能的优点,物理性能,单位,AZ91,AM60,A380DC,A356T6,尼龙,ABS,钢,比重,g/cm,3,1.81,1.79,2.74,2.69,1.4,1.05,7.8,传热系数,W/m,k,51,61,96,159,0.33,0.28,14,膨胀系数,m/m,k,26,25.6,22,21.5,34.5,76.5,12,减振性能,%35MPa,29,52,1.2,比热,J/l,k,1900,2640,2590,1200,熔化潜热,kJ/l,673,1066,凝固范围,470-595,540-615,540-595,555-615,腐蚀失重3天5%NaCl,Mg/cm/d,0.02,0.05,0.1,0.5,2.2 纯镁,纯镁的特性,机械性能,单位,条件,AZ 91D,AM 60,A380压铸合金,A356,T6,尼龙,ABS,钢,拉拉强度,MPa,Ambient,230,220,320,262,195,45,330,屈服强度(拉伸),MPa,Ambient,150,160,185,170,40,200,屈服强度(压缩),MPa,165,186,剪切强度,MPa,140,214,205,疲劳强度,MPa,5,10,8,cyc,82,60,145,90,0.1%蠕变强度,MPa,125,34,34,135,无缺口冲击强度,J,6,22,3.5,11,有缺口冲击强度,J,1.5,3.2,延伸率,%,3,8-15,4,5,8,17,30-50,弹性模量,GPa,Ambient,45,45,72,73,8.9,2.1,207,剪切模量,GPa,Ambient,14,27,28,83,布氏硬度,65,60,80,80,140,泊松比,0.35,0.35,0.33,0.30,2.2 纯镁,纯镁的特性,生产铝合金,：铝合金中的添加元素。2002年全世界共用了14.56万吨镁，占40%；我国2003年共用2.1万吨镁，占41%。镁与原铝的消费比率约为0.4%。,压铸镁合金铸件,：,2002年原镁消费中，压铸占35%。在镁压铸中，北美、拉美、西欧用量最多。镁合金压铸件在汽车上的使用量上升了15%左右。,炼钢脱硫,：,2002年世界有5.73万吨镁用于炼钢脱硫，占总量的15.70%。我国2003年钢铁脱硫用镁8000吨，占总消费量的15.62%。使用镁粒脱硫效果比碳化钙好，虽然镁价格比碳化钙高，但用量为碳化钙的1/6,1/7，镁脱硫比碳化钙经济。吨钢消耗镁粒0.4,0.5公斤，脱硫后含硫量0.001,0.005%。,金属还原剂,：如稀土合金、钛等到。,镁牺牲阳极保护阴极,：,防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。石油管道、天燃气、煤气管道和储罐；港口、船舶、海底管线、钻井平台；机场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。,2.2 纯镁,纯镁的应用,消费领域,铝合金,压铸,炼钢脱硫,稀土合金,金属还原,其它,合计,消费量,2.10,1.02,0.80,0.40,0.30,0.50,5.12,用镁行业,北美,拉美,西欧,亚洲大洋洲,非洲与中东,总量,占总消费量%,铝合金,56165,4899,42943,31984,9622,145613,40.00,压铸,60649,4972,43602,18215,365,127803,35.00,炼钢脱硫,27697,4650,21048,3650,340,57385,15.70,2003年中国原镁消费量（单位：万吨）,2002年世界主要地区的三大用镁行业的原镁用量（单位：吨）,2.2 纯镁,纯镁的应用,纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素，制成镁合金,。Mg-Mn系、Mg-Al-Zn 系、Mg-Zn-Zr系 和Mg-RE-Zr系等合金系。分为变形镁合金和铸造镁合金。,2.3 镁合金,分类、牌号,变形镁合金,：MB顺序号表示。,MB1、MB8为Mg-Mn系合金：具有良好耐蚀性和焊接性，使用温度不超过150。主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构件。,MB2、MB3、MB5、MB6、MB7为Mg-Al,ZnMn系合金：具有好的室温力学性能和焊接性。主要用于制造飞机舱门、壁板及导弹蒙皮。,MB15、MB21、MB25为Mg-ZnZr系合金：具有较高拉伸与压缩屈服强度、高温瞬时强度，及良好的成形和焊接性能，但塑性中等。主要用于制造飞机长桁、操作系统的摇臂、支座等。,Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高，塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、航天工业中具有良好的应用前景。,为保证变形镁合金较高的塑性，其中合金元素的含量往往比较低，要求在凝固组织中含有较少共晶相。,牌号,抗拉强度（Mpa）,伸长率,用 途,ZM1,235,5,飞机轮毂、支架等抗冲击件,ZM2,185,2.5,200以下工作的发动机零件等,ZM3,118,1.5,高温高压下工作的发动机匣等,ZM5,225,5,机舱隔框、增压机匣等高载荷零件,MB1,210,8,形状简单受力不大的耐蚀零件,MB2,250,20,飞机蒙皮、壁板及耐蚀零件,MB8,260,7,形状复杂的锻件和模锻件,MB15,335,9,室温下承受大载荷的零件，如机翼等,铸造镁合金,：ZM顺序号表示。,ZM1、ZM2、ZM7、ZM8,：Mg-Al-Zn 系,ZM5：Mg-Zn-Zr系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热性较差，主要用于制造150以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载荷的结构件或壳体。,ZM3、ZM4和ZM6,：Mg-RE-Zr系。良好铸造性能、常温强度和塑性较低、耐热性较高，主要用于制造250以下工作的高气密零件。,2.3 镁合金,分类、牌号,铸造镁合金中合金元素含量高于变形镁合金，以保证液态合金具有较低的熔点，较高的流动性和较少的缩松缺陷等。如果还需要通过热处理对镁合金进一步强化，那么所选择的合金元素还应该在镁基体中具有较高的固溶度，而且这一固溶度还会随着温度的改变而发生明显的变化，并在时效过程中能够形成强化效果显著的第二相。铝在-Mg中的固溶度在室温时大约只有2，升至共晶温度436时则高达12.1，因此压铸AZ91HP合金具备了一定的时效强化能力，其强度有可能通过固溶和时效的方法得到进一步的提高。,合金化强化：,合金元素的类型：,包晶反应类元素：,Zr(3.8%)，Mn(3.4%)：细化晶粒、净化合金、提高抗蚀性和耐热性。,共晶反应类元素：,Ag(15.5%)，Al(12.7%)，Zn(8.4%)，Li(5.7%)，Th(4.5%)：如Mg,Al,Zn和Mg,Zn,Zr系合金等。这类元素在Mg中有明显的溶解度变化，可产生明显的时效硬化效应。,稀土元素(RE）：,Y(12.5%)，Nd(3.6%)，La(1.9%)，Ce(0.85%)，Pr(0.5%)，混合RE(以Ce或La为主)。多属共晶反应型元素，共晶温度比Mg-Al和Mg-Zn高，MgRE系的固溶体和稀土化合物耐热性高，原子扩散速度慢，利于抗蠕变，故Mg-RE-Zr和Mg-REMn系合金是耐热镁合金，可在150250工作。,2.3 镁合金,强化方式,形变硬化、晶粒细化、,合金化,、热处理、陶瓷相增强镁合金,合金化强化机制,：,固溶强化、第二相强化（弥散强化、析出强化）,固溶强化：,根据原子尺寸、晶格类型、电化学性质和电子浓度等因素，镁和周期表中可形成合金的元素几乎只能形成有限固溶体；合金元素溶入基体中，通过原子错排、溶质与溶剂原子弹性模量的差异而强化基体；若溶质原子提高了合金熔点、增大弹性模量、减小原子自扩散，还可提高抗蠕变性能。,第二 相强化：,超过溶解度的合金元素将与镁形成中间相，有下列三种类型：,AB型简单立方CsCl结构。如MgTi、MgAg、MgCe和MgSn。,AB2型,Laves相，如：MgCu2；MgZn2 ；MgNi2。,CaF2型面心立方金属间化合物，如Mg2Si和Mg2Sn。,当合金元素在基体中的溶解度随温度降低而下降时，将从基体中析出第二相阻碍位错运动和滑移，使屈服强度提高，产生,析出强化（,时效强化）。强化效果