鎂合金性能
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【論文摘要】：介紹了鎂合金的分類和組織與性質(zhì)特點，并介紹了鎂合金的主要熔煉方法。熔煉設(shè)備，熔劑及氣體保護熔煉技術(shù)，保護性氣體有SF6、CO2、SO2、N2等或它們的混合氣體，SF6和CO2是有害氣體科學(xué)家研究用氬氣替代SF6和CO2作為鎂合金熔煉保護氣體。
引言
20世紀80年代初期，北美汽車制造企業(yè)為了達到平均燃油標(biāo)準(zhǔn)（CAFE），都努力降低汽車自重，以減少燃油消耗。鎂合金由于密度小、壓鑄性能好被認為是降低汽車自重的首選合金，各國都加緊進行鎂合金生產(chǎn)及應(yīng)用研究，鎂合金工業(yè)因而進入飛速發(fā)展階段。
1鎂合金的組織性能與分類
1.1鎂合金的分類
常用鎂合金共有四大系列
⑴Mg-Al-Si(AS)系列：AS系列具有較好的抗蠕變性，強度高，塑性、韌性好，但充型性能較差，常用于制造工作溫度較高的發(fā)動機零件，如發(fā)動機曲軸等。
⑵Mg-Al-Zn(AZ)系列：AZ系列具有均衡的力學(xué)性能和鑄造性能，屈服強度高并具有一定的耐鹽霧腐蝕能力，適合制造形狀復(fù)雜的薄壁壓鑄件，如閥套、離合器殼體等。
⑶Mg-Al-Mn(AM)系列：AM系列具有優(yōu)異的韌性和塑性，適合制造受沖擊的零部件，如汽車輪轂等。
⑷Mg-Al-RE(AE)系列：AE系列具有比AS系列更好的抗蠕變性，但易粘模，壓鑄性能較差，并且稀土成本高，該合金暫時應(yīng)用范圍較小。
1.2鎂合金的組織與性能特點
鎂合金在共晶溫度時，具有α相單相組織，而在常溫下具有α+β（Mg2Al3）組織。鎂在α相中有一定的溶解度，而且鎂原子半徑與鋁原子半徑相差很大，故能產(chǎn)生很強的固溶強化作用。
α與β兩相是以離異共晶形態(tài)存在，在鑄態(tài)組織中β相以網(wǎng)狀呈現(xiàn)在α相的晶界處，會降低合金的強度和塑性。采取固溶化及淬火處理，消除β相，能提高其機械性能。
鎂合金不具有時效強化作用，不易進行強化處理。雖然鎂在α相中溶解度隨溫度下降而降低，但由于鎂原子在鋁中容易擴散和聚集，即使在常溫下也會發(fā)生自然時效過程，析出β相。當(dāng)80℃以上，時效過程更快，故不易用時效強化的熱處理方法。
鎂合金表面有一層由尖晶石構(gòu)成的膜，因而使合金具有良好的耐海水、大氣腐蝕性能。但合金只有在組織中不析出β相時才有此性能，如果是α+β兩相組織，則由于β相與α相之間有較大電位差，故有較大電化學(xué)腐蝕傾向。
AZ系列合金中Zn在合金中溶于α相，并在晶界上形成T相，有效抑制鎂原子的擴散和β相的析出。因此其組織穩(wěn)定性強，應(yīng)力腐蝕傾向較小。合金中的表面活性元素Be富集于表面，而成為氧化鋁膜中的組成物，增大了氧化膜的電阻率，故提高合金抗氧化性。又由于BeO的體積是氧化前Be體積的1.7倍，提高了氧化膜的致密度，因而提高耐蝕性。AS系列合金中的Si、Mn的輔助強化，提高了組織穩(wěn)定性，減小應(yīng)力腐蝕傾向，Si也減小了熱裂傾向。
另外，鎂合金還具有其他一些特點，如密度低，但比強度、比剛度高；吸震性好；收縮率均勻一致，具有良好的蠕變強度；縮孔傾向??；流動性好、凝固快；與鋼之間的粘附系數(shù)低，易脫模；與Fe、Co、Cr、W等元素不溶或微溶，對鋼質(zhì)模具和工具侵蝕作用小；有良好的切削加工性能等優(yōu)點。
1.3鎂合金中的雜質(zhì)元素及影響
Fe是主要雜質(zhì)元素，它可形成針狀FeAl3化合物造成合金的脆性。Fe還能使淬火狀態(tài)的合金在應(yīng)力作用下更易析出β相，增大其應(yīng)力腐蝕傾向。同時Ni,Cu都會強烈使其腐蝕速度加快。另外，鎂合金中的Zn,Ca,Ce,Nd等對耐蝕性均有負面影響。
Mn可與Fe生成Al-Fe-Mn化合物，而減小了Fe的有害作用。但Fe與Mn在合金液中的溶解度的比值小于極限值時，鎂合金才能獲得良好的耐蝕性。
Al通過固溶強化作用和形成沉淀析出提高鎂合金的強度及耐蝕性。
2鎂合金的熔煉
2.1鎂合金的熔煉特點
鎂合金液的表面氧化膜是疏松的，而且鎂是活潑元素，與氧的結(jié)合力強，熔煉時，與大氣中氧、水蒸氣、氮反應(yīng)，生成MgO、Mg3N2和H2。MgO、Mg3N2成為雜質(zhì)，夾雜物處常伴隨有縮松和氣孔。另為，由于使用熔劑，使得產(chǎn)生熔劑夾雜傾向大，它將成為鎂合金鑄件腐蝕源。因此，防止這兩種夾雜物是一個突出的問題。為了防止鎂液與大氣的反應(yīng)，在熔煉的過程中，始終要有覆蓋劑保護著，為了去除鎂液中的氧化物雜質(zhì)，要撒入足夠量的精煉劑進行精煉，精煉過程中使鎂液產(chǎn)生平穩(wěn)的循環(huán)流動，保證精煉劑能充分吸附夾雜物，而后沉淀在坩堝底部。為了提高性能，采取細化晶粒處理。不同類行的鎂合金細化處理不同。最好在細化晶粒前后進行兩次精煉。
鎂合金熔劑通常選用熔點低、密度小、粘度適中、化學(xué)性能穩(wěn)定的鹽，目前普遍使用的熔劑為無水光鹵石（MgCl2—KCl）添加一些氟化鹽和氯化鹽。熔煉時熔劑熔化成液態(tài)在鎂合金液表面均勻鋪開形成連續(xù)完整的覆蓋層，阻止鎂合金與空氣中的氧氣及水發(fā)生反應(yīng)。熔劑在使用過程中會產(chǎn)生大量的刺激性氣體（如HCl、Cl2等），并易造成熔劑夾雜，使合金的力學(xué)性能和耐蝕性下降。目前熔劑保護法在國外的應(yīng)用日漸減少。
氣體保護熔煉技術(shù)開始于20世紀70年代中期，這一技術(shù)極大地提高了鎂合金的純凈度，目前已為世界各國普遍使用。常用的保護性氣體有SF6、CO2、SO2、N2等或它們的混合氣體。SF6是有害氣體，其溫室效應(yīng)是CO2的24000倍，將來會被禁用。研究表明用0.2%~0.3%體積分數(shù)的SO2與干燥空氣混合可起到良好的熔煉保護作用，并且沒有明顯的異味。德國OTTUJUN公司與大眾汽車公司合作研究用氬氣替代SF6和CO2作為鎂合金熔煉保護氣體，已取得良好的效果，目前正在生產(chǎn)試驗階段。法國Rrochot研制成功了由CO2氧化性氣體（oxidizinggas）+氬氣+氙氣組成的保護性氣體。另外加入0.001%~0.003%的Be可在合金液表面形成一層致密的保護性氧化膜，有效防止合金液進一步氧化。由于在熔煉過程中鎂液與氧及水蒸氣產(chǎn)生燃燒反映，因而要特別注意安全。一旦產(chǎn)生漏鎂燃燒事故時，切忌潑水。若漏得不嚴重，應(yīng)立即吊出坩鍋鑄錠，或?qū)⑵浞湃胧⒂懈稍锓跰gO的容器內(nèi)；若漏鎂嚴重，可直接撒入大量干燥熔劑覆蓋燃燒的液面。
2.2熔煉設(shè)備
鎂合金的熔煉設(shè)備主要包括（1）預(yù)熱及裝料設(shè)備。（2）熔煉爐。（3）保護性氣體混合裝置。
鎂合金料熔煉前必須預(yù)熱到150℃以上，少量的合金料可放在爐蓋上預(yù)熱，大量的則需要用預(yù)熱機預(yù)熱。德國史杰克公司開發(fā)的鎂錠預(yù)熱加料機安裝有可轉(zhuǎn)動的加料盤，可放置24塊鎂錠。
鎂合金熔煉爐有單室熔煉爐、雙室熔煉爐、3室熔煉爐和低壓鑄造爐等。（1）單室熔煉爐是指熔煉保溫在同一爐內(nèi)進行，熔爐容積根據(jù)生產(chǎn)能力選擇，適合生產(chǎn)砂型鑄件和小批量壓鑄件。（2）雙室熔煉爐的熔化爐、保溫爐各自獨立工作，通過能加熱的U形管輸送金屬液，熔煉時產(chǎn)生的熔渣大部分浮在熔化爐金屬液的表面，而U形管是從熔化爐的中部吸取金屬液，這有效地保證了保溫爐中金屬液的純凈度。（3）3室熔煉爐包括熔化爐、中間保溫爐和供液爐，中間保溫爐起到平衡壓力和2次集渣的作用，使金屬液更加純凈。并且由于供液爐溫度較底（約650℃）有利于實現(xiàn)CO2氣體保護。（4）低壓鑄造爐，鎂合金低壓鑄造爐同鋁合金低壓鑄造爐相似，只是鎂合金低壓鑄造爐在坩堝內(nèi)外均有壓力，所以坩堝壁不會因壓力差而變形。低壓鑄造爐用氬氣作為熔煉保護性氣體及坩堝內(nèi)壓力氣體，用壓縮空氣作為坩堝外壓力氣體。
多數(shù)鎂合金熔煉爐采用電阻加熱（加熱元件以并聯(lián)方式接入效果好），少數(shù)用燃氣加熱，燃氣加熱比較經(jīng)濟，但燃氣中的水氣凝結(jié)有和鎂液發(fā)生反應(yīng)的危險。
3結(jié)束語
我國鎂資源豐富，菱鎂砂礦儲量約27億t，居世界首位。青海湖也儲有豐富的高品質(zhì)鎂資源，遼寧大石橋、海城、岫巖都有著豐富的鎂礦資源。
我們應(yīng)進一步開發(fā)鎂資源，同時開發(fā)鎂合金壓鑄件市場，挖掘鎂合金壓鑄件在我國汽車、通訊、電子等方面都有很大的應(yīng)用潛力。
參考文獻：
[1]李隆盛鑄造合金及熔煉[M]機械工業(yè)出版社1989
[2]袁曉光，白彥華等.飛速發(fā)展的壓鑄技術(shù)[J].鑄造，2000，（7）
[3]范琦飛速發(fā)展的鎂合金工業(yè)[J].特種鑄造及有色金屬2001，（S1）
[4]吳炳堯.鎂合金壓鑄技術(shù)分析[J].鑄造，2000，（8）
[5]MSYong,DrAJClegg.Evaluationofsqueezecastmagnesiumalloyandcomposite[J].FOUNDRYMAN,1999,(3)
