《工程材料》配套PPT

《工程材料》配套PPT,工程材料,工程,材料,配套,PPT 12鎂合金magnesium alloy12.1概述12.1.1鎂合金的性質(zhì) 相對原子質(zhì)量為相對原子質(zhì)量為24.32，密排六方晶體結(jié)構(gòu)。，密排六方晶體結(jié)構(gòu)。20時(shí)時(shí)1.738g/cm3，結(jié)構(gòu)材料中最輕金屬。，結(jié)構(gòu)材料中最輕金屬。體積熱容最低。體積熱容最低。20時(shí)為時(shí)為1781J/（dm3K），），重要特性是升溫與降溫都比其他金屬快。重要特性是升溫與降溫都比其他金屬快?；瘜W(xué)活潑性化學(xué)活潑性高高。在潮濕大氣、海水等介質(zhì)中。在潮濕大氣、海水等介質(zhì)中會(huì)引起劇烈腐蝕，但在干燥大氣、汽油等介質(zhì)中會(huì)引起劇烈腐蝕，但在干燥大氣、汽油等介質(zhì)中卻很穩(wěn)定。卻很穩(wěn)定。室溫塑性很差。室溫塑性很差。比強(qiáng)度、比剛度高。比強(qiáng)度、比剛度高。彈性模量較低。受力時(shí)應(yīng)力分布均勻彈性模量較低。受力時(shí)應(yīng)力分布均勻,應(yīng)力集中。在彈性范圍內(nèi)承受沖擊時(shí)，所吸收應(yīng)力集中。在彈性范圍內(nèi)承受沖擊時(shí)，所吸收的能量比鋁高的能量比鋁高50%左右。適于制造承受猛烈撞左右。適于制造承受猛烈撞擊的零件。受沖擊或摩擦，不產(chǎn)生火花擊的零件。受沖擊或摩擦，不產(chǎn)生火花。良好的減振性。在相同載荷下，減振性良好的減振性。在相同載荷下，減振性是鋁的是鋁的100倍，鈦合金的倍，鈦合金的300500倍。倍。切削加工性優(yōu)良，切削速度切削加工性優(yōu)良，切削速度。鑄造性優(yōu)良，所有鑄造工藝都可采用。鑄造性優(yōu)良，所有鑄造工藝都可采用。12.1.2鎂合金的特點(diǎn)分分類類與與牌牌號號變形鎂合金（變形鎂合金（MB）、鑄造鎂合金（）、鑄造鎂合金（ZM）壓鑄鎂合金（壓鑄鎂合金（YM）和航空鎂合金。）和航空鎂合金。純鎂純鎂Mg99.95/99.50/99.0 合金順序號表示合金間化學(xué)成分差異。合金順序號表示合金間化學(xué)成分差異。如如:1號鑄造鎂合金用號鑄造鎂合金用ZMl表示，表示，2號變形鎂合金用號變形鎂合金用MB2表示，表示，5號壓鑄鎂合金用號壓鑄鎂合金用YM5表示，表示，5號航空鑄造鎂合金用號航空鑄造鎂合金用ZM-5表示。表示。12.1.3鎂合金的分類GB/T5153-2003美國美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：以英文字母加數(shù)字再加英文字母的形式表示。以英文字母加數(shù)字再加英文字母的形式表示。前面的兩位英文字母是其主要代號，前面的兩位英文字母是其主要代號，按元素多少由大到小排列（元素符號有規(guī)定按元素多少由大到小排列（元素符號有規(guī)定A-Al、C-Cu、K-Zr、M-Mn、R-Cr、S-Si、T-Sn、Z-Zn、E-Re、Q-Ag、W-Yb鐿等），鐿等），其后的兩位數(shù)字表示其主要合金元素的大致含量，其后的兩位數(shù)字表示其主要合金元素的大致含量，最后的字母為標(biāo)識(shí)代號。最后的字母為標(biāo)識(shí)代號。AZ91D，A代表主加代表主加Al，Z代表次高代表次高Zn，9代表鋁含量，代表鋁含量，1代表代表Zn含量，含量，D標(biāo)識(shí)代碼，區(qū)分成分和先后序列。標(biāo)識(shí)代碼，區(qū)分成分和先后序列。表12.1中國與美國部分鎂合金相近牌號對照種類合金系中國美國（ASTM）變形鎂合金Mg-MnMB1M1MB8M2Mg-Al-ZnMB2AZ31MB5AZ61MB6AZ63MB7AZ80Mg-Zn-ZrMB15ZK60鑄造鎂合金Mg-Zn-Zr（Nd）ZM1ZK51AZM2ZE41AZM4EZ33ZM8ZE63Mg-Al-Zn（Mn）ZM5AZ81AZM10AM100A12.2.112.2.1合金元素對組織和性能的影響合金元素對組織和性能的影響 主要與晶體結(jié)構(gòu)、原子尺寸、電負(fù)性等因素相關(guān)主要與晶體結(jié)構(gòu)、原子尺寸、電負(fù)性等因素相關(guān)（1）晶體結(jié)構(gòu)因素晶體結(jié)構(gòu)因素。鎂是。鎂是HCP結(jié)構(gòu)，但其他結(jié)構(gòu)，但其他HCP結(jié)構(gòu)元素（如鋅和鈹）不能與鎂形成無限固溶體結(jié)構(gòu)元素（如鋅和鈹）不能與鎂形成無限固溶體（2）原子尺寸因素原子尺寸因素。R15%時(shí)能形成無限固時(shí)能形成無限固溶體。約一半金屬元素與鎂可形成無限固溶體溶體。約一半金屬元素與鎂可形成無限固溶體12.2鎂合金的合金化原理（3）電負(fù)性因素電負(fù)性因素。元素之間電負(fù)性相差越大，生。元素之間電負(fù)性相差越大，生成的化合物越穩(wěn)定，化合物往往具有成的化合物越穩(wěn)定，化合物往往具有Laves相結(jié)構(gòu)，相結(jié)構(gòu)，同時(shí)其成分具有正常的化學(xué)價(jià)規(guī)律。同時(shí)其成分具有正常的化學(xué)價(jià)規(guī)律。（4 4）原子價(jià)因素原子價(jià)因素。元素間原子價(jià)相差越大，溶解。元素間原子價(jià)相差越大，溶解度越小。度越小。合金元素有合金元素有Al、Zn、Mn等。等。Fe、Ni、Cu等是有害元素。等是有害元素。圖圖12.1Mg-Al相圖相圖 室溫平衡組織：+：Mg17Al12，在生產(chǎn)條件下，會(huì)出現(xiàn)共晶組織分布在 晶界上。1.合金元素Al的作用：Al在Mg中極限固溶度較大：12.7%，隨溫度下降顯著小，可固溶強(qiáng)化，提高強(qiáng)度。且提高耐蝕性。析出強(qiáng)化？圖圖12.2Mg-Zn相圖相圖 2.合金元素Zn的作用：Zn在Mg中極限固溶度6.2%，可固溶強(qiáng)化，提高強(qiáng)度。MgZn 化合物可起沉淀強(qiáng)化作用。Mg-Zn二元合金組織粗大，幾乎無應(yīng)用?？赏ㄟ^加入第三組元改善強(qiáng)度。LMg7Zn3Mg7Zn3MgZn AZ91擠壓態(tài)組織擠壓態(tài)組織AZ61鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織 AZ31鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織 v3.合金元素Al的作用：vMn在Mg中極限固溶度3.3%，固溶強(qiáng)化效果不大?？商岣吆辖鹂箲?yīng)力腐蝕傾向，提高抗蝕性能。LMn Mn圖圖12.4Mg-Mn相圖相圖 圖圖12.3MB1變形鎂合金變形鎂合金Alloy AM50擠壓4.合金元素Zr的作用：Zr：提高力學(xué)性能及耐蝕性。vZr高熔點(diǎn)金屬，較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用。且凝固時(shí)析出-Zr，作為異質(zhì)晶核，細(xì)化晶粒。LZr ZrMg-Zr相圖相圖Alloy ZK60鑄態(tài) 12.3、變形鎂合金組織和性能、變形鎂合金組織和性能 常用的合金系為常用的合金系為Mg-Al系與系與Mg-Zn-Zr系。系。典型的合金為典型的合金為MB2、MB5及及MB7。Mg-Al合金具有良合金具有良好的強(qiáng)度、塑性和耐腐蝕等的綜合性能，且價(jià)格較低，好的強(qiáng)度、塑性和耐腐蝕等的綜合性能，且價(jià)格較低，所以是最常用的合金系列所以是最常用的合金系列 Mg-Zn-Zr系是高強(qiáng)度鎂合金，強(qiáng)度高，耐蝕性好，無系是高強(qiáng)度鎂合金，強(qiáng)度高，耐蝕性好，無應(yīng)力腐蝕傾向，工藝簡單，但變形能力較差，焊接性差。應(yīng)力腐蝕傾向，工藝簡單，但變形能力較差，焊接性差。常用常用MB15，可制造形狀復(fù)雜的大型構(gòu)件，可制造形狀復(fù)雜的大型構(gòu)件 加入鋰能獲得超輕變形鎂合金，其加入鋰能獲得超輕變形鎂合金，其1.301.65g/cm3，是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有極優(yōu)的變形性能和較好的是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有極優(yōu)的變形性能和較好的超塑性能，已應(yīng)用在航天和航空器上超塑性能，已應(yīng)用在航天和航空器上12.412.4、鑄造鎂合金的組織和性能、鑄造鎂合金的組織和性能 主要合金系為主要合金系為Mg-Zn-Zr、Mg-Al-Zn及及Mg-RE-Zr等。等。大部分為大部分為含稀土元素的鑄造鎂合金含稀土元素的鑄造鎂合金。Mg-Al-Zn系系：最典型和常用的鎂合金是：最典型和常用的鎂合金是ZM5。Mg-Zn-Zr系系：ZM1加入稀土和氫化處理后，各類強(qiáng)度加入稀土和氫化處理后，各類強(qiáng)度得到得到，鑄件致密，易鑄造和焊接，可在，鑄件致密，易鑄造和焊接，可在170200工作，用于飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈各種鑄件工作，用于飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈各種鑄件.Mg-RE-Zr系系：ZM6是性能最好的合金，熱處理后室是性能最好的合金，熱處理后室溫溫 、高溫瞬時(shí)高溫瞬時(shí) 和蠕變和蠕變 高，可在高，可在250長期工作長期工作1.固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)與溶劑原子差別越大，屈服強(qiáng)度越高。固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)與溶劑原子差別越大，屈服強(qiáng)度越高。溶質(zhì)溶質(zhì)與鎂的原子尺與鎂的原子尺寸差寸差（dmg-dm）/dmg溶質(zhì)每增加溶質(zhì)每增加1%的的強(qiáng)化效果強(qiáng)化效果(屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度)AlZnCaCeThLi1016-24-14-1352545110148212-12.5.鎂合金的熱處理v2.沉淀強(qiáng)化：經(jīng)固溶及時(shí)效處理后理想的沉淀相是彌散分布、與基體有共格關(guān)系、不易粗化。v但鎂合金中尚未發(fā)現(xiàn)GP區(qū)，沉淀相隨溫度升高快速粗化變軟，時(shí)效強(qiáng)化較鋁合金差。v3.細(xì)晶強(qiáng)化：鎂合金細(xì)晶強(qiáng)化效果顯著。v方法（1）加入細(xì)化劑（RE、Zr、Ca、Sr、B）v（2）熱加工、塑性變形工藝。v4.形變強(qiáng)化：由于鎂合金滑移系少，通過形變強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化。原理：通過大擠壓比擠壓，使合金發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，或等角擠壓技術(shù)，獲得細(xì)晶粒。12.6鎂合金的應(yīng)用鎂合金的應(yīng)用 汽汽車車工工業(yè)業(yè) 顯著減輕車重，降低油耗。顯著減輕車重，降低油耗。降低零部件加工和裝配成本；降低零部件加工和裝配成本；可極大改善噪聲、振動(dòng)現(xiàn)象?？蓸O大改善噪聲、振動(dòng)現(xiàn)象。目前在汽車上有目前在汽車上有60多個(gè)零部件采用了鎂合金，多個(gè)零部件采用了鎂合金，如方向盤軸、發(fā)動(dòng)機(jī)閥蓋、變速箱殼等。如方向盤軸、發(fā)動(dòng)機(jī)閥蓋、變速箱殼等。航航空空領(lǐng)領(lǐng)域域 ZM2、ZM3制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前支撐殼制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前支撐殼體和殼體蓋，前艙鑄件；體和殼體蓋，前艙鑄件；ZM5制造地空導(dǎo)彈艙體、戰(zhàn)機(jī)機(jī)艙，制造地空導(dǎo)彈艙體、戰(zhàn)機(jī)機(jī)艙，ZM6擴(kuò)大用于直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)減速機(jī)匣、擴(kuò)大用于直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)減速機(jī)匣、殲擊機(jī)翼肋等重要零件，殲擊機(jī)翼肋等重要零件，稀土超強(qiáng)鎂合金稀土超強(qiáng)鎂合金MB25、MB26代替部分代替部分中強(qiáng)鋁合金，在殲擊機(jī)上獲得了應(yīng)用。中強(qiáng)鋁合金，在殲擊機(jī)上獲得了應(yīng)用。家家用用電電器器 各種便攜式商品上（如數(shù)碼相機(jī)、攝象各種便攜式商品上（如數(shù)碼相機(jī)、攝象機(jī)、手機(jī)等）和播放器、電腦等產(chǎn)品上廣機(jī)、手機(jī)等）和播放器、電腦等產(chǎn)品上廣泛采用鎂合金泛采用鎂合金 鎂合金開發(fā)與應(yīng)用前途無量鎂合金開發(fā)與應(yīng)用前途無量 圖圖12.912.9壓鑄鎂合金在北美產(chǎn)系列汽車中的使用情況壓鑄鎂合金在北美產(chǎn)系列汽車中的使用情況 我國鎂合金材料開發(fā)與研究情況我國鎂合金材料開發(fā)與研究情況v鎂資源世界第一（菱鎂礦儲(chǔ)量世界首位鎂資源世界第一（菱鎂礦儲(chǔ)量世界首位27億噸、白云億噸、白云石礦青海鹽湖廉價(jià)鎂鹽石礦青海鹽湖廉價(jià)鎂鹽31.5億噸）；億噸）；v原鎂產(chǎn)量世界第一（原鎂產(chǎn)量世界第一（20萬噸，占世界產(chǎn)量近萬噸，占世界產(chǎn)量近1/2）；）；v原鎂出口世界第一（原鎂出口世界第一（80%作為初級原材料出口）；作為初級原材料出口）；v鎂及鎂合金深加工應(yīng)用規(guī)模和技術(shù)相對薄弱。鎂及鎂合金深加工應(yīng)用規(guī)模和技術(shù)相對薄弱。v v 49%鋁合金鋁合金v 14%稀土合金稀土合金v 17%鎂壓鑄件鎂壓鑄件 v 18%煉鋼脫硫煉鋼脫硫v 2%金屬還原金屬還原v國家科技部把鎂的產(chǎn)業(yè)化列入國家十國家科技部把鎂的產(chǎn)業(yè)化列入國家十五五重大攻關(guān)項(xiàng)目，把鎂的開發(fā)列入國家重大攻關(guān)項(xiàng)目，把鎂的開發(fā)列入國家863計(jì)劃計(jì)劃項(xiàng)目；項(xiàng)目；v國家計(jì)委把鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列入國家高新國家計(jì)委把鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列入國家高新技術(shù)發(fā)展新材料專項(xiàng)；技術(shù)發(fā)展新材料專項(xiàng)；v在新世紀(jì)，鎂及鎂合金材料研究和應(yīng)用的在新世紀(jì)，鎂及鎂合金材料研究和應(yīng)用的快速發(fā)展已成為必然趨勢！快速發(fā)展已成為必然趨勢！v1.說明下列符號的物理意義說明下列符號的物理意義vZM5；MB15；AZ80A；