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镁合金材料超塑性的研究进展

镁合金材料超塑性的研究进展
镁合金材料超塑性的研究进展

MB15超塑性镁合金扩散连接试验

第24卷第l期 焊接学报v01.24N。.12O03年2月TRANSACTl0NS0FTHECHINAWELDINGINSTITUTl0NFebruary2003 MBl5超塑性镁合金扩散连接试验 于彦东,张凯锋,蒋大鸣,韩文波 (哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001) 摘要:根据原子扩散理论对MBl5超塑性镁合金进行了扩散连接工艺研究。扩散连 接试验前采用三种不同方法去除MBl5镁合金表面的氧化膜,从中选出最佳方法。在 Gleeble—1500型热/力模拟试验机上,对超塑性MBl5镁合金进行了在不同连接工艺条 件下的扩散连接,在电子万能试验机上对扩散连接接头进行了剪切强度试验,从而获得 了MBl5超塑性镁合金的最佳扩散连接工艺参数。利用金相显微镜、扫描电镜(sEM), 对扩散连接接头微观组织进行分析,得出了MBl5超塑性镁合金主要是通过原于扩散 和晶粒长大造成的原始焊接表面晶界的移动,促使接头表面原子充分扩散,形成牢固的 连接。 关键词:超塑性;扩散连接;镁合金;剪切强度 中圈分类号:TGl46.22文献标识码:A文章编号:0253—360x(2003)ol一“一05于彦东 0序言 超塑成形/扩散连接(sPF/DB)复合工艺是近年成形与连接中最先进的技术之一。用sPF/DB技术已成功地进行了钛合金及部分铝合金复杂多层结构件的成形,并广泛地用于航空航天结构器件的制造。目前,人们正在积极研究一些高强度铝合金、高强度镁合金等先进材料的sPF/DB成形技术。镁合金是常用的航空金属结构材料中最轻的一类。镁的密度只及铝的三分之二(约1.74×103kg/m),因此,尽管其强度和弹性模量低于铝,但仍能保持较高的比强度和比刚度。在航空工业中,镁合金可用于制作各种框架、机架等零件及仪表电机壳体和操纵系统中的支架、摇臂等零件;镁合金还在宇航工业、光学仪器、通讯技术、采矿工具、纺织机械和运输部门中获得应用,其主要优点在于减轻设备装置的重量+增加产品抗冲击性能…。 超塑性材料具有等轴细晶的显微组织,对扩散焊接很有利。用于超塑性铝合金的扩散连接工艺已经被概括出来了。这些方法包括表面无覆着物的静态压力连接,气压连接,含中间夹层的连接”“1等。至今.镁合金超塑性扩散连接的研究尚未见报道。因此,作者采用超塑性状态MBl5镁合金进行扩散焊接试验,探讨超塑性对扩散焊接的作用和超塑性镁合金扩散焊接的微观机理。 收稿日期:2002一07—191试验材料及方法 1.1试验材料 研究所用材料为MBl5镁合金。其主要化学成分见表l,力学性能见表2。该镁合金块厚为20mm,在轧制之前,将试件加热至330℃,保温1h,然后每一次都以5%一lO%的压下量进行轧制。反复进行加热和轧制,最后轧制成1.0mm厚的薄板。 表1镁合金lMBl5)的化学成分(质量分数,% T铀k1Ch唧l∞l洲po耐HonofMBl5 表2超塑性镁合盒板材常温下的力学性能T讪k2M∞hamd蛆pm畔ni靠atnomalt伽Ⅲ肼!tII砷 轧制后的镁合金薄板晶粒尺寸平均为5.9“m,超塑变形温度为380℃,应变速率为5.56×lo。/s的条件下,其应变速率敏感性指数m值可达O.48。对应的延伸率为420%.流动应力为8.8MPa。1.2试验方法 试验试样及扩散连接接头采用搭接形式如 图l和图2所示。  万方数据

材料超塑性及应用

材料超塑性及应用 课程编号: 课程名称:材料超塑性及应用 英文名称:Superplasticty and its Application for Materials 学分:2 先修课程基础:《晶体结构与缺陷》,《工程力学》与《材料力学》二者之一。教材:自编 一、课程简介 本课程的目的在于使学生对于材料超塑性的力学、微观机理、应用等方面具有比较深入的理解,初步掌握超塑性的研究路线及方法。对超塑性力学行为与显微组织及其变化的关系的物理本质具有比较清晰的认识,对超塑性的发展及其应用领域具有比较明确的分析,对超塑性的试验研究手段具有一定的了解,对于超塑性的应用及超塑性成形工艺具有一定的初步知识。通过本课程的学习,使研究生对超塑性实验、理论、应用,及其与常规塑性变形的关系具有比较明确的认识,为其在今后研究和工作中的应用打下基础。 二、基本要求 基础知识:超塑性力学特征,材料超塑性宏观行为与微观结构的关系,几种典型超塑性材料及其成形应用。

实验及技能:超塑性力学性能实验应力、应变、应变速率、m植等的热力模拟试验,数据分析、实验报告;超塑性材料显微组织及其在超塑性变形 中的变化。 三、内容概要 第一章材料超塑性概述(2学时) 1.1、超塑性研究及应用的历史 1.2、超塑性的分类 1.3、对超塑性变形机理的认识和争论 1.4、几位对超塑性学术发展具有重要影响人物研究工作介绍 第二章超塑性力学特征(4学时) 2.1、超塑性本构关系 2.2、超塑性应力—应变关系、应力—应变速率关系 2.2、超塑性力学实验方法 第三章超塑性变形微观机理(6学时) 3.1、常规塑性变形、蠕变、绝热剪切等变形的微观机理 3.2、对超塑性变形微观机理的认识及争论 第四章几种材料超塑性(5学时)

变形镁合金的基础介绍

变形镁合金的基础介绍 变形镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点,在航空工业、航天工业、汽车工业、3C产品,军工,装备制造,纺织机械,运动器材等领域的具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。 目前,镁合金的应用大多数是以模铸、压铸以及半固态成形等工艺来生产产品。这些镁合金工艺生产的产品,存在着组织部太致密、成分偏析,最小厚度偏大、力学性能偏低等缺憾,不能充分发挥镁合金的性能优势。塑性变形能够改善镁合金的组织和力学性能,大大提高镁合金的强度和塑性,同时,很多领域重要结构材料需要用的镁合金板材、镁合金棒材、镁合金管材和镁合金型材等只能用塑性成形工艺来制取,而不能利用铸造等工艺来生产。 由于镁合金晶体结构是密排六方(Hcp),塑性较差,成形困难,成材率低,加上人们对镁合金易燃、不耐腐蚀等缺点的过分夸张和错误的认识,导致变形镁合金没有得到大规模应用。 目前变形镁合金板材、型材以及锻件等生产仍集中在航空航天工业及军事工业等高端领域或部门,没有普及到民用工业领域。在当今社会节约资源和减少污染成为社会可持续发展战略的要求的背景下,急需加快研究步伐,转变观念,以推动变形镁合金在民用工业产品领域的应用。在此总结变形镁合金及成形工艺的成果,探讨变形镁合金及其成形工艺的研究方向和应用成果。 变形镁合金合金系 变形镁合金主要分为四个系列(美国标准):AZ系列(Mg-Al-Zn),AM系列(Mg-Al-Mn),MgZnZr系列,MgMnRe系列。中国变形镁合金牌号为MB系列。 变形镁合金以AZ系应用最为普遍,其中又以MB2应用最为广泛。变形镁合金MB2的合金成分与AZ31B不同,其力学和成形性能比AZ31B稍差些。 新近研究开发的镁合金如:Mg—Li系合金,由于锂的加入,Mg-Li系合金成为最轻的变形镁合金,金属Li的密度只有0.53g/cm3,用Li作合金元素,除降低密度外,Li的加入可以在合金中形成具有bcc结构的β相,显著改善变形镁合金的塑性,变形加工能力大大增强。在变形镁合金系中加入稀土元素后,如在Mg-Zn系合金中加入Y、Ce、Nd以及Re等元素,能够显著改善变形镁合金的耐蚀性和高温性能,形成新的合金牌号品种。 变形镁合金与铸造镁合金相比,变形镁合金具有更高的强度和塑性。 变形镁合金比重小、比刚度、比强度高的特点,广泛地应用在一些对重量特别敏感的手提工具、体育器材、航空航天、汽车等领域中。 随着新型镁合金及其成形工艺不断研究深入,变形镁合金的用途和应用范围将会不断扩大。

镁合金的超塑性

镁合金的超塑性 梁冬梅周远富褚丙武 (中国铝业郑州研究院,郑州 450041) 摘要:综述了镁合金的超塑变形特点及晶粒细化对镁合金超塑性的影响,描述了镁合金的高应变速率超塑性和低温超塑性。指出镁合金超塑成形技术的发展将大大拓展其应用领域。 关键词:镁合金;超塑性;晶粒细化 The Deformation Mechanism and Superplasticity of Magnesium Alloys Liang Dong-mei Zhou Yuan-fu Chu Bing-wu (Zhengzhou Research Institute of Chalco,Zhengzhou 450041,China) Abstract:The characteritics of superplasticity and the effects of fine grain on superplasticity are described. High strain rate and low temperature superplasticity of magnesium alloys are reviewed. The developing of superplastic forming will enlarge the applications of magnesium alloys. Key words:magnesium alloys; deformation mechanism; superplasticity;fine grain 0 前言 镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的。与其他金属结构材料相比,镁及镁合金具有比强度、比刚度高,减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强,易切削加工,易回收等一系列优点,在汽车、电子、电器、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景,是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料,被誉为“2l世纪绿色工程金属结构材料”[1]。 由于镁晶体为密排六方结构,镁基体的独立滑移系比较少,因此,镁合金的塑性加工能力较差,在很大程度上限制了镁合金的应用。因此必须采用锻压、轧制、挤压等变形方式获得更高的强度,更好的延展性,以拓展镁合金的应用[2]。 开发镁合金塑性加工工艺,提高镁合金作为结构件的综合力学性能,成为镁合金的发展动力[2]。在镁合金的成形工艺中超塑成形对于这类强度高而塑性差的材料是一种非常有优势的成形方式。目前研究镁合金的超塑性及其成形工艺具有重要意义,是镁合金研究当中极具先进性与挑战性的研究重点。 1 镁合金的超塑性 超塑性特征不仅意味着非常大的伸长率,还表现出非常低的流变应力,可实现复杂工件的一次成形,大大降低材料及能源消耗[4]。自从20世纪50年代发现金属超塑性以来,其研究发展很快,各国都十分重视超塑性的研究和应用,力图拓展其应用领域。 一般金属材料在实现超塑性变形时,必须具有细小的等轴晶粒,晶粒尺寸在10μm以下,此外,还必须满足较高的超塑变形温度(≈0.7Tm,Tm为材料熔点)和较低的应变速率(小于10-3s-1)条件[5]。而对于镁合金,近期的研究结果表明[3]:镁合金在较大晶粒尺寸(可达100μm)、较快应变速率(1×10-2s-1)和较低温度下(300~400℃)也能实现较好的超塑性,

稀土镁合金的研究进展及应用

稀土镁合金的研究现状及应用 张晓 (中北大学材料科学与工程学院,山西太原030051) 摘要:镁合金具有许多优异的性能,如高比强度、高比刚度等。但它强度不高,高温抗蠕变性能差。稀土的加入对改善其组织和提高耐腐蚀性,特别是高温性能具有重要作用。本文介绍了国内外稀土镁合金的研究现状,并展望了稀土镁合金的应用前景。 关键词:镁合金;稀土;现状 Study Situation And Application Of Rare-earth Magnesium Alloys Zhang Xiao (North University Of China School Of Material Science And Engineering, Taiyuan Shanxi 030051) Abstract: Magnesium Alloy has many inherent advantages of Magnesium Alloy, such as high specific strength,high specific stiffness and so on. But it is not high strength and high temperature creep resistance is poor.the rare earth to improve their organization and improve corrosion resistance, especially high temperature performance has an important role,Study situation of Rare-earth Magnesium Alloys were introduced at home and abroad in the paper and the prospect of application in Rare-earth alloys Magnesium Alloy was looked. Key words: Magnesium Alloy; Rare-earth; situation

超塑性成形的发展状况

超塑性成形的发展状况 摘要:金属材料的超塑性是指金属在特定条件下,具有更大的塑性。本文主要介绍了超塑性成形的主要发展历程,超塑性成形的主要应用,非金属材料的超塑性研究和国内外的发展现状。 关键词:超塑性金属材料成形 一、绪论 近年来,高温合金和钦合金的使用不断增加,尤其是在宇航飞行器及其发动机生产中。这些合金的特点是:流变杭力高,可塑性低,具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性,难于机械加工及成木高昂。如采用普通热变形锻造时,机械加工的金属损耗达80%左右,如采用超塑性成形方法,就能改变锻件肥头大耳的落后状况。 金属材料的超塑性是指金属在特定条件(晶粒细化.极低的变形速度及等温变形)下,具有更大的塑性。如低碳钢拉伸时延伸率只有30~40%,塑性好的有色金属也只有60~70%,但超塑性状态。一般认为塑性差的金属延伸率在100~200%范围内,塑性好的金属延伸率在500~2000%范围内。 要使超塑性出现,必须满足某些必要条件。首先必须使金属具有0.25-2.5μm的极细晶粒,即必须小于一般晶粒大小的十分之一。其次,当温度达金属熔点一半以上时,具有一般晶粒金属的晶粒便开始长大,而这时细晶粒金属的晶粒保持稳定。因此,超塑性除要求有极细的晶粒度外,还必须具有高的延伸率和低的屈服应力,并以低的变形速率在高于熔点一半的温度下进行加工。 二、超塑性成形的发展 早在1920年,德国W.Rosenhain等人将冷轧后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候,发现这种脆性材料被弯成180°而未出现裂纹,它和普通晶体材料大不相同。他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象,可能是由于加工产生了非晶质。1934年,英国C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。这种合金的挤压材料很脆,容易破裂,可是 C.E.pearson 将其缓慢拉伸,得到了伸长率为2000%的试样。很奇怪的是这种慢速大延伸的金

国外镁及镁合金的应用研究现状与前景 2005-12-28

国外镁及镁合金的应用研究现状与前景 https://www.sodocs.net/doc/8f13720793.html, 2005-12-28 国外对于镁及其合金的研究开发较早,到目前镁及其合金材料的开发及应用已进入相对比较成熟的阶段,并已达到产业化的工业规模,其中北美是目前镁及其合金材料用量最多的地区。近年来随着油价的不断上升,作为镁合金的主要应用产业的汽车工业,对镁合金应用需求也在增长,导致世界范围内的镁合金应用竞争更趋激烈,并有对中国进行合围趋势。 参加前不久在重庆召开的"中英先进材料研讨会"的中外专家介绍,无论镁金属的供应基础怎样变化,传统的最终用户市场仍然是汽车工业,汽车工业仍然是可以依靠的推动世界镁工业产量增长的主要工业。为减轻汽车自重,利用镁合金高强度重量比的固有优势,镁及镁合金将在汽车上用作结构和非结构件。镁在汽车非结构件上的应用包括变速箱外壳、传动箱外壳、阀和凸轮轴外壳、离合器罩、电机罩、发电机外壳、进气支管和油盘。在汽车结构件上的应用包括方向盘、仪表盘横梁、离合器支架、方向盘轴结构和气袋外壳。 在过去10年里,欧洲汽车用镁合金压铸件年平均增长率为15%,在未来5年里欧洲每辆汽车平均用镁量为2.5公斤/辆。在未来10年里,该数字将达到5公斤。欧洲汽车的方向盘,目前有85%采用镁合金制造,各种类型汽车用的镁部件达到300个。目前北美国家生产的汽车上平均每辆汽车用镁量为3.5公斤,2010年前每辆汽车用镁量会以每年15%速度增长,到2010年达到每辆汽车用镁量超过10公斤。 美国通用汽车公司开发的抗蠕变镁合金使抗拉伸蠕变性能提高40%;美国福特公司已经成功将挪威海德鲁集团下属Meridian技术公司开发研制的整体压铸AM50镁合金梁用于新型福特F-150载重汽车上。这个过去由21个部件组成的总成,现在为一体化的镁合金整件,减轻重量22磅。德国宝马汽车公司已经在宝马7系列和5系列车型上的某些部件采用了镁合金;德国大众汽车公司在奥迪V8Quattro轿车的发动机上采用了镁合金部件,和其他奥迪A8八缸发动机相比重量减轻4.99公斤;德国奔驰汽车公司新开发的7速自动变速系统也采用了镁合金部件,用来取代5速自动变速系统,可以比原来5速自动变速系统每100公里节省燃料0.6升。 世界汽车工业镁的消费量还在迅速增长,在汽车工业应用的新型镁合金的研究开发和汽车用镁合金部件及其生产技术方面的科学研究都在进行之中,世界上各大汽车公司都在不断减轻汽车自重,提高汽车性能方面下工夫。镁及镁合金材料是汽车工业的最佳选择。此外,由于镁合金在手动工具上具有突出的轻质、减震效果,因此目前镁合金在国外电动工具的应用也如火如荼,包括各种射钉枪、打磨机、电钻、割草机、电动剪刀等众多品种。国外许多电动工具制造商都把镁合金部件作为一大卖点,并在显著位置标注"Magnesium"字样。

异步轧制AZ31镁合金板材的超塑性工艺及变形机制

第43卷 2015年8月   第8期 第7-12页 材 料 工 程 JournalofMaterialsEngineering  Vol.43 Aug.2015  No.8 pp.7-12异步轧制AZ31镁合金板材的超塑性 工艺及变形机制 SuperplasticProcessandDeformationMechanismof AsymmetricallyRolledAZ31MagnesiumAlloy 江海涛,段晓鸽,蔡正旭,王 丹 (北京科技大学冶金工程研究院,北京100083) JIANGHai‐tao,DUANXiao‐ge,CAIZheng‐xu,WANGDan (MetallurgicalEngineeringResearchInstitute,Universityof ScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China) 摘要:经过异步轧制工艺获得AZ31镁合金薄板。在300~450℃范围内,分别通过5×10-3,1×10-3s-1和5×10-4s-1不同应变速率进行高温拉伸实验研究其超塑性变形行为,计算应变速率敏感指数m值、超塑性变形激活能Q及门槛应力σ0值。通过EBSD分析和扫描电镜观察拉伸断裂后的断口形貌,分析AZ31镁合金的超塑性变形机制。结果表明:AZ31镁合金的塑性变形能力随着变形温度的升高及应变速率的降低而增强。当拉伸温度为400℃、m=0.72、应变速率为5×10-4s-1时,AZ31具有良好的超塑性,伸长率最大为206%。温度为400℃时,异步轧制AZ31镁合金的超塑性变形是以晶格扩散控制的晶界滑移和基面滑移共同完成的。 关键词:AZ31镁合金;晶粒细化;超塑性工艺;变形机制 doi:10.11868/j.issn.1001‐4381.2015.08.002 中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:1001‐4381(2015)08‐0007‐06 Abstract:AZ31magnesiumalloysheetwaspreparedbyasynchronousrollingprocess.From300℃to450℃,tensiletestwasconductedwithdifferentstrainratesof5×10-3,1×10-3s-1and5×10-4s-1respectivelytoinvestigatethesuperplasticdeformationbehaviorofAZ31magnesiumalloy.Thevalueofthestrainratesensitiveindexm,thesuperplasticdeformationactivationenergyQandthethresholdstressσ0werealsocalculated.ThesuperplasticdeformationmechanismofAZ31wasinvestigatedthroughobservationofthefracturemorphologyofthetensilespecimensbyEBSDandSEM.There‐sultsshowthattheplasticdeformationcapacityofAZ31magnesiumalloyenhanceswithincreasingde‐formationtemperatureanddecreasingstrainrate.AZ31magnesiumalloyexhibitsgoodsuperplastici‐ty,andmaximumelongation‐to‐failureof206%at400℃whenthestrainrateis5×10-4s-1,andthemvalueis0.72.Furthermore,thesuperplasticdeformationoftheasynchronousrolledAZ31magnesiumalloyat400℃reliesonthejointeffectsofgrainboundarysliding(GBS)controlledbylatticediffusionandbasalslip. Keywords:AZ31magnesiumalloy;grainrefinement;superplasticprocess;deformationmechanism 镁合金在汽车、通讯电子、航空航天等领域得到日益广泛的应用[1,2]。由于镁是密排六方结构,室温塑性变形能力较差,从而明显限制了其应用范围。高温下镁合金表现出良好的塑性,采用超塑性成形技术不仅可以解决镁合金室温加工成形过程中的一些难题,也扩大了应用范围,并且降低了镁合金的制造成本,具有较好的实用价值。目前,对镁合金的超塑性变形及组织性能研究较多[3-5],而通过ECAP、累积叠轧等[6-8]大塑性变形法制备超细晶镁合金的方法是使镁合金获得超塑性的一个重要方向。但因其工艺复杂、成本较高,且受到试样尺寸等方面的影响而在工业应用上受到限制。而异步轧制方法工艺简单,易于实现大批量生产,同时通过细化晶粒、弱化AZ31镁合金的{0002}织构,能够提高板材的室温成形性能,具有较好的前景。目前关于异步轧制AZ31镁合金超塑性研究的报道较少。 本实验通过异步轧制法制备出具有超细晶粒的镁合金薄板,分别在不同的温度和不同的应变速率下进

镁合金塑性变形与断裂行为的研究

镁合金塑性变形与断裂行为的研究 刘天模,卢立伟,刘宇 重庆大学材料科学与工程学院,重庆(400030) E-mail: haonanwa@https://www.sodocs.net/doc/8f13720793.html, 摘要:通过室温压缩拉伸实验,研究了AZ31挤压镁合金的断裂失效机制。研究表明,在压缩破坏实验中有镦粗现象,金相显示沿粗大晶界处形成了大量的孪晶,部分孪晶界诱发裂纹源,裂纹沿晶界处传播,同时部分孪晶对裂纹起钝化阻碍作用,断口扫描表明属于韧脆混合断裂;在拉伸破坏实验中出现明显颈现象,金相显示沿拉长晶晶界处形成大量孪晶,孪晶和裂纹之间存在交互作用,断口扫描表明属于韧性断裂,同时显示出空洞形核诱发裂纹的机制。 关键词:压缩变形;拉伸变形;孪晶;断裂 中图分类号:TG 1. 引言 镁合金属于密排六方晶体结构,其轴比(c/a)值为1.623,接近理想的密排值1.633,室温滑移系少在室温塑性变形时,出现大量的孪晶协调其塑性变形,塑性变形能力差,容易断裂[1]。金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。因为材料受力时,原子相对位置发生了改变,当局部变形量超过一定限度时,原子间的结合力遭到破坏,便出现了裂纹,裂纹经过扩展而使金属断开。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。在塑性加工生产中,尤其是对塑性较差的材料,断裂常常是引起人们极为关注的问题。加工材料的表面和内部的裂纹,以至于整体的断裂,都会使得成品率和生产率大大降低[2,13]。因此,研究镁合金塑性变形中的断裂行为和规律对于有效地防止金属成形过程中的断裂,充分发挥金属材料潜在的塑性有重要意义. 2. 实验内容 实验材料选用AZ31挤压材,挤压温度为300℃,挤压比为4.5,挤压速度为1mm/s,将挤压样加工成标准压缩样Φ7×14mm和标准拉伸样,并选此标准压缩样进行400℃保温2小时的退火,利用新三思万能电子试验机CMT-5150以1mm/min的速度沿挤压方向进行压缩和拉伸破坏实验;然后利用数码相机对失效后试样断口方向及断面进行拍照宏观分析;再对失效试样的压缩或拉伸方向进行金相显微组织分析;最后利用扫描电子显微镜对压缩和拉伸的断口形貌进行分析。 3.试验结果 3.1 挤压态压缩破坏样 3.1.1 断口宏观分析

镁合金研究现状及发展趋势

镁合金研究现状及发展趋势 摘要:镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料之一,近年来已成为学术界的一个研究热点。本文主要综述了镁合金的研究进展和应用,介绍了耐热、耐蚀、阻燃和高强高韧等高性能镁合金材料的最新发展。还介绍了镁合金成型技术的研究成果,最后展望了高性能镁合金的发展前景。 关键词:镁合金;高强高韧;成型技术;应用 1.引言 镁(Mg)是地球上储量最为丰富的元素之一,在陆地、湖泊和海洋中都广为分布,例如,其在地壳表层金属矿资源中的含量达2.3%,仅次于占8.1%的铝和5%的铁,居第三位;海水中的镁含量达到2.1×1015吨,可以认为是取之不尽、用之不竭的元素[1]。此外,我国的白云石矿储量、菱镁矿以及原镁的产量位列世界镁资源储量首位[2]。同时,随着当前钢铁行业中铁矿石等资源的日趋紧张,开发和利用镁作为替代材料是必然的趋势。被誉为“二十一世纪绿色金属结构工程材料”的镁合金是目前所知金属结构材料中最轻的,与其他同类材料相比,它具有密度小,比强度、比刚度较高,可以回收再利用且机加工性能优异,阻尼减震性好,电磁屏蔽效果佳等一系列优点,因此在交通运输(如汽车、摩托车、自行车等工业)、航空航天、武器装备、计算机通讯和消费电子产品等领域具有广阔的应用前景[3],但其使用量与铝合金和塑料相比还相当少[4]。 目前,从全球镁合金研发状况看,发展方向如图1所示[5],我国在镁合金材料的应用研究与产业化方面也己取得重大进展,形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链,为我国实现由镁资源大国向镁应用强国的跨越奠定了坚实的基础。

图1 镁合金的研发方向[5] Fig. 1 Directions of Mg alloy development 2.镁合金的特点及分类 通过在纯镁中添加其他化学元素,可显著改善镁的物理、化学和力学性能。但镁合金同时存在着显著的缺点,下面对镁合金的优缺点进行简要的阐述。 2.1镁合金的优点[6 ~ 8] 1)密度小、质量轻。镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料,根据合金成分的不同,其密度通常在1.75-2.10g/cm3范围内,约为铝的2/3,钢的1/4。 2)比强度、比刚度高。镁合金的比强度高于铝合金和钢铁,但略低于比强度最高的纤维增强塑料。其比刚度与铝合金和钢铁相当,但却远高于纤维增强塑料。镁合金材料与其他相关材料的物理性能和力学性能分析比较如表1所示。 表1 镁合金和相关材料的物理和力学性能比较 Tab. 1 The comparison of physical and mechanical properties between magnesium alloy and other materials [9] 材料抗拉强度/Mpa 屈服强度/Mpa 延伸率/% 弹性模量/Gpa 比强度镁合金AZ31 251 154 13.8 45 141 镁合金AZ91 275 145 13.8 45 151 镁合金AM60 240 140 15 45 134 铝合金380 315 160 3 71 106 碳钢517 140 22 200 80 塑料ABS 35 - 40 2.1 41 塑料PC 104 - 3 6.7 102 3)吸震阻尼性能好。镁合金与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量,在同样受力条件下,可消耗更大的变形功,具有降噪、减振功能,可承受较大的冲击震动负荷。镁合金具有极好的滞弹吸震能力,其抗冲击性是铝合金的10倍,塑料的20倍。 4)良好的铸造性能。镁与铁的反应低,熔炼时可用铁坩埚,熔融镁对坩埚的侵蚀小,压铸时对压铸模的侵蚀小,与铝合金压铸相比,压铸模使用寿命可提高2-3倍,通常可维持20万次以上。镁合金的比热和结晶潜热小,所以流动性

变形镁和镁合金牌号和化学成分

变形镁及镁合金牌号和化学成分 (送审稿)编制说明 1 工作简况 1.1任务来源 随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展的要求日益提高,镁合金产品展现出广阔的应用前景。镁合金具有密度低,比强度和比刚度高,电磁屏蔽效果好,抗震减震能力强,易于机加工成形和易于回收再利用等优点,在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域都具有巨大的应用潜力。尤其是近几年来,国家新材料产业规划中,镁合金以其自身的优点更是作为十二五期间重点推广和应用的金属材料。 随着镁合金应用领域的不断拓展,新型镁合金的研究与投入应用也是层出不穷。其中具有典型意义的产品包括3C行业用超轻镁锂系列合金的研发成功,更是突破了镁合金原有的合金系列;镁合金稀土系高强耐热镁合金的不断深入研究,更是将镁合金的品种和应用推向了更高更广的领域。GB/T 5153-2003国家标准中规定的原有的合金牌号和化学成分已经无法满足新型镁合金生产、使用与发展的要求,修订和完善本标准势在必行而且迫在眉睫,镁合金行业的蓬勃发展需要一部完善的统一的国家标准对镁合金牌号与化学成分进行统一和规范。 国标委综合[201×]×××号文件及中国有色金属工业协会中色协综字[201×]×××号文件,下达了编制《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国家标准的任务,并确定了东北轻合金有限责任公司为编写单位。 1.2 起草单位 东北轻合金有限责任公司(原东北轻合金加工厂)简称东轻公司,是作为“一

五”期间原苏联援建的156项重点工程中的2项建设发展起来的新中国第一个铝镁合金加工企业。2008年被国家有关部委认定为国家级高新技术企业。 东北轻合金有限责任公司现生产能力8.25万吨,生产《天鹅》牌铝、镁及其合金板、带、箔、管、棒、型、线、锻件和深加工制品等18类产品,228种合金,公司每年有10%左右的产品远销美国、日本、新加坡等16个国家和地区。 东轻公司现已装备各类铝镁加工设备7000余台套,其中有2000mm四重可逆式热轧机、1700mm四重可逆式冷轧机、50MN卧式挤压机等,以及从美国、德国、意大利等国引进的1400mm薄板冷轧机、1200mm和1350mm箔材轧机、16MN油压机等先进设备,其中从美国引进的40MN拉伸机是我国第一台铝合金厚板拉伸机。 目前东轻公司投资40多亿元建设改造项目,包括年产5万吨中厚板项目与年产15万吨高精板带材项目,已全部投入生产,东轻公司在铝加工行业的地位与竞争优势将进一步得到巩固和增强。 1.3 主要工作过程 2014年3月主编单位根据标准的起草原则和企业的一些内控技术指标及检验数据毫无保留的撰写了标准的草案稿,2014年3月26日~29日在扬州会议中心召开《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国标的讨论会,与会专家对标准的讨论稿进行了认真、热烈的讨论,撰写了会议纪要,形成了征求意见稿。5月广泛征求相关单位意见,对标准进行修订,形成标准的预审稿。2014年11月3日~6日在宜兴凯宾斯基饭店召开《变形镁及镁合金牌号和化学成分》国标的预审会,与会专家对本标准逐条进行了讨论,提出了宝贵意见,撰写了会议纪要,形成了标准的送审稿。 2 标准制定的主要原则和依据

陶瓷材料的超塑性

陶瓷材料的超塑性 刘文娣 齐鲁工业大学材料科学与工程学院材工10-2班山东济南 250353 摘要:虽然陶瓷材料在本质上是一种脆性材料;然而研究已表明细晶陶瓷材料具有超塑性,在高温下能产生很大的拉伸形变。陶瓷材料的超塑性可以定义为在拉伸载荷下显示异常高的延伸率,断裂前无颈缩发生。通过对超塑性晶界滑移微观机理的解释,了解超塑性产生的原因,进而分析一下陶瓷材料的形变特征参数,最后简单介绍纳米陶瓷材料,及陶瓷材料超塑性的发展前景。 关键词:陶瓷材料;超塑性;晶界滑移;相变超塑性;陶瓷应用 引言:陶瓷材料由于具有优良的性能,如高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨、比重小等,因而得到越来越广泛的应用,尤其适合用于在高温、摩擦和腐蚀介质的场合取代金属部件。 陶瓷很容易获得细晶结构,而且结构比较稳定,即使在较高的温度时晶粒长大也不是很明显,这显示了陶瓷具有超塑性变形的潜力,但陶瓷材料在常温下几乎不产生塑性变形,实现超塑性形变要比金属材料困难得多。 陶瓷材料的超塑性可以定义为在拉伸载荷下显示异常高的延伸率,断裂前无颈缩发生。陶瓷的超塑性要求 1.试验温度应达到材料熔化温度的一半以上;2晶粒尺寸要很小,通常应小于<1μm;3.能稳定保持细晶结构,没有或只有轻微的晶粒生长;4晶粒具有等轴粒状,以利于晶界滑移的发生;5.能抑制空洞的产生和连接以及晶界分离。 一.陶瓷材料超塑性介绍 1.1 超塑性的分类 细晶超塑性:晶粒尺寸通常小于10微米;变形温度T>0.5Tm,并在变形过程中保持恒定应变速率较低。 相变超塑性:并不要求具有超细晶粒组织,而是在一定的温度和应力条件下,经过多次循环相变或同素异构转变而获得大延伸率。 1.2 陶瓷材料超塑性变形的结构特征 晶界滑动是人们普遍接受的变形机制,从晶界的组织结构出发,可以将晶界滑动分为三种类型:第一,界面结构使晶界上的原子比在晶格内的扩散快得多,这种类型的界面一般来说是大角度晶界;第二种类型,晶界间存在少量液相,如果晶相在液相中有一点溶解度,就可以增强晶间的扩散作用;第三种类型,主要

变形镁合金及其成形工艺

变形镁合金及其成形工艺 镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点,在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域的具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。目前,镁合金的应用大多数是以模铸、压铸以及半固态成形等工艺来生产产品。这些工艺生产的产品,存在着组织部太致密、成分偏析,最小厚度偏大、力学性能偏低等缺憾,不能充分发挥镁合金的性能优势。研究和实践表明,塑性变形能够改善镁合金的组织和力学性能,大大提高镁合金的强度和塑性,同时,很多领域重要结构材料需要用的板材、棒材、管材和型材等只能用塑性成形工艺来制取,而不能利用铸造等工艺来生产,所以,变形镁合金及其成形工艺的研究越来越受到重视。 但是,由于镁合金晶体结构是密排六方(Hcp),塑性较差,成形困难,成材率低,加之人们对镁合金易燃、不耐腐蚀等缺点的过分夸张甚至是错误的认识,导致变形镁合金没有得到大规模应用,变形镁合金及成形工艺的研究没有引起足够的重视和深入的开展。目前变形镁合金的板材、型材以及锻件等生产仍集中在航空航天及军事等高端领域或部门,没有普及到一般民用领域。在当今社会节约资源和减少污染成为社会可持续发展战略的要求的背景下,急需加快研究步伐,转变观念,以推动变形镁合金镁在民用领域的应用。本文旨在总结变形镁合金及成形工艺的成果,探讨变形镁合金及其成形工艺的研究方向。 变形镁合金的合金系 变形镁合金主要分为四个系列(美国标准):AZ系列(Mg-Al-Zn),AM系列(Mg-Al-Mn),AS系列 (Mg-Al-Si),AE系列(Mg-Al-Re)。中国变形镁合金牌号为MB系列。几个主要工业发达国家的变形镁合金标准及牌号见表1所示。变形镁合金以AZ系应用最为普遍,其中又以MB2应用最为广泛。需要指出的是变形镁合金中MB2的合金成分与AZ31B不同,其力学和成形性能比AZ31B稍差些,介于AZ31B和AZ31C二者之间。 表1 变形镁合金牌号对照表

高性能镁合金发展现状与趋势

高性能镁合金发展现状与趋势 摘要 随着人们对能源和环境的日益关注,镁及镁合金的应用正在受到前所未有的关注。镁是我国少有的几种优势金属资源之一,在过去的15年里,我国的镁工业从弱小到壮大,目前已成为世界上原镁生产的绝对大国,2003年镁产量更是占世界总产量的60%以上。从2000年开始,在师昌绪等院士的直接推动下,我国镁合金的研究和应用也取得了举世瞩目的成绩,逐步从镁生产大国向镁研发和应用强国迈进。过去5年里,我国在高性能镁材料的研究,镁加工装备的开发以及镁合金深加工产品的开发应用方面都取得极大的进展。从镁产业的角度来讲,已经形成了从原材料到深加工一直到应用的完整产业链,从镁研究开发的角度来讲,已经初步形成了从基础研究到应用研究一直到产品开发的完整科研开发体系。镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料,近年来已成为全球学术界的一个研究热点,并越来越受到工业界的重视。目前我国在镁合金的研究和应用上取得了很大进展,已经研制出耐热镁合金、高强高韧镁合金等新材料,在变形镁合金领域也取得了突破,本文重点介绍几种有特色和良好应用前景的高性能镁合金,以及镁合金成形加工技术的最新研究进展。高性能镁合金包括阻燃镁合金、低成本高强度铸造镁合金和高强耐热变形镁合金,成形加工技术包括镁合金涂层转移精密铸造技术、镁合金熔体复合纯净化技术、不含六价铬离子的镁合金超声阳极氧化表面处理技术、大型镁铸件低压成型技术以及镁板差温拉深工艺。镁合金的深入研究有力地推动了镁合金产业的发展。 关键词镁合金发展现状趋势 正文 1、我国镁及镁合金现状 我国目前在镁工业方面拥有三项"世界冠军"。第一是镁资源大国,储量居世界首位。在青海盐湖蕴藏着氯化镁32亿吨,硫酸镁16亿吨。在辽宁、山西、宁夏、内蒙、河南等省区菱镁矿均有很大储量,仅辽宁大石桥一带的储量就占世界菱镁矿的60%以上,矿石品位高达40%。第二是原镁生产大国,2003年我国共生产原镁35.4万吨,约占全球总产量的67%。第三是出口大国,年产量80%以上的镁出口到国际市场。尽管如此,我国的镁工业还存在着不少问题,主要表现在:1)原镁生产技术比较落后,质量不够稳定,镁锭中的夹杂物和有害元素含量大大超标,难以满足压铸、板材轧制和冲压等高端产品的生产需求;2)出口产品绝大多数是廉价的纯镁锭,镁合金出口比重只有15%左右,镁合金制品出口则更是微乎其微,因此出口利润低效益差,而对于军工生产所需求的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口;3)原创性的研究成果缺乏,目前出口的所有镁合金锭几乎全部按照国外的牌号生产,而且在镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。 中国镁合金产品的生产和应用现状是,镁合金的优势已经被许多企业所认识,在汽车、摩托车和3C产业中镁合金已经开始获得应用,用户包括如上汽、一汽、二汽、奇瑞、隆鑫、海尔等,例如,一汽铸造有限公司AM50镁合金方向盘骨架;镁合金压铸迅速增长,台湾、香港和大陆投资的镁压铸厂分布在向几乎全国各地,各种压铸机数量超过50台;变形镁合金加工开始起步。 2、我国镁合金研究现状 国家相关研究和应用计划包括,科技部组织实施的"十五"攻关计划重大专项"镁合金应用开发及产业化"、"十五"863计划相关项目、重点国际合作计划、科技型中小企业创新基金,国家自然科学基金委立项的国家自然科学基金,国防科工委的民口军工配套项目,经贸委的技改项目,国家发改委的高技术示范工程等。 十五科技攻关重大专项"镁合金应用开发及产业化"的目标是,建立镁合金技术创新体系;

镁合金的分类及特点

镁合金的分类及特点 镁合金的分类 镁合金是以金属镁为基体,通过添加一些其它的元素而形成的合金,镁合金中添加的合金元素主要有Al、Zn、Mn、Si、Zr、Ca、Li以及部分稀土族元素等[10],一般说来镁合金的分类依据有以下三种:合金化学成分、成形工艺和是否含锆。 镁合金按合金化组元数目可分为二元、三元和多元合金体系。常见的镁合金体系一般都含有不止一种合金元素。但在实际中,为了分析方便,简化和突出合金中主合金元素的作用,可以把镁合金分为Mg-Mn、Mg-Al、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Li 和Mg-Ag 等合金系列[11]。 ' 按合金中是否含锆,镁合金可划分为含锆和不含锆两大类。最常见的含锆镁合金系列为:Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-Th-Zr、Mg-Ag-Zr 系列。不含锆镁合金有:Mg-Zn、Mg-Mn和Mg-Al 系列。目前应用最多的是不含锆压铸镁合金Mg-Al 系列。含锆和不含锆镁合金中均既包含着变形镁合金,又包含着铸造镁合金。锆在镁合金中的主要作用就是细化镁合金晶粒。含锆镁合金具有优良的室温性能和高温性能。遗憾的是Zr不能用于所有的工业合金中,对于Mg-Al 和Mg-Mn 合金,由于冶炼时Zr与Al及Mn形成稳定的化合物,并沉入坩埚底部,无法起到细化晶粒的作用[12]。 按成形工艺镁合金可分为两大类,即变形镁合金和铸造镁合金。变形镁合金是指可用挤压、轧制、锻造和冲压等塑性成形方法加工的镁合金。铸造镁合金是指适合采用铸造的方式进行制备和生产出铸件直接使用的镁合金[11]。变形镁合金和铸造镁合金在成分、组织和性能上存在着很大的差异。目前,铸造镁合金比变形镁合金的应用要广泛,但与铸造工艺相比,镁合金热变形后合金的组织得到细化,铸造缺陷消除,产品的综合机械性能大大提高,比铸造镁合金材料具有更高的强度、更好的延展性及更多样化的力学性能[13]。因此,变形镁合金具有更大的应用前景。 主合金元素的作用 根据镁合金的强化效果,其合金的元素可以分为三类[14,15]: 1)既提高强度又提高韧性的合金元素,按作用效果顺序为: ( 强度标准:Al、Cn、Ag、Ce、Ga、Ni、Cu、Th;韧性标准:Th、Ga、Zn、Ag、Ce、Ca、Al、Ni、Cu; 2)强化能力较低,提高韧性的元素:Cd,Ti和Li; 3)强化效果较好,但使韧性降低的元素:Sn、Pb、Bi和Sb。 Mg-Zn-RE系合金的研究现状 Mg-Zn系合金 》 纯粹的Mg-Zn二元合金在实际中几乎没有得到应用,因为该合金的铸造性差,合金组织粗大,容易出现偏析和热裂等铸造缺陷,对显微疏松非常敏感。但Mg-Zn合金有一个最为明显的优点,就是可以通过时效处理来提高合金的强度。所以该合金的进一步的发展就是寻找新的合金添加元素,达到细化晶粒,使组织均匀化,减少合金显微疏松[1,16,17]。在Mg-Zn 合金中加入Cu元素,会使合金的韧性和时效硬化明显增加,这是因为Cu元素能提高Mg-Zn 合金的共晶温度,因而可在较高的温度固溶,使更多的Zn、Cu溶于合金中,增加了合金随后的时效强化效果[16]。Mg-Zn合金中引入Cu元素的缺点是导致合金的耐蚀性降低;Zr是对

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