什么是镁铝合金？
什么是镁铝合金？
Mg-Al合金是应用最广泛的镁合金。它们属于变形镁合金，强度适中，塑性较高，耐蚀性相当高，价格低廉。在 Mg-Al 合金中，一些 AZ、AM、AE 合金具有高塑性（表 1.1）。例如，在AZ系列镁合金中，AZ31和AZ61合金具有高塑性、高强度和适当的耐腐蚀性。AZ31 和 AZ61 合金的伸长率高于 19%。
Mg-Al 合金中 Al 元素的含量小于 10 wt.%。由于非平衡凝固，铸态镁合金在室温下以 α(Mg)+β(Mg 17 Al 12 )的典型速率冷却。β（Mg 17 Al 12 ）相的数量随着Mg-Al合金中Al含量的增加而增加。微合金元素，如Ca、Ti、Bi、Sb、Sn、Sr和稀土（RE）元素，可以改变β-Mg 17 Al 12的形貌相，如数量、大小、分布、方向。微合金化还导致α-Mg晶粒的细化并导致机械性能的改善。在凝固过程中，微合金元素在固液界面富集，阻碍晶粒和β-Mg 17 Al 12相的扩大，从而细化了α-Mg基体的晶粒。另一方面，一些合金元素与镁结合形成第二相。这种竞争削弱了Mg与Al元素的结合，从而减少了β-Mg 17 Al 12的含量，改善了该相的分布。合金中含量较低的第二相，
如Al 2 Ca、Mg 3 Bi2、Mg 3 Sb 2、A1-RE，呈针状或颗粒状。这些第二相具有高热稳定性并改善合金在高温下的性能。微合金元素还可以溶解在β-Mg 17 Al 12相中，增强其热稳定性。
然而，许多微合金化元素会带来丰富的第二相，形成网状结构，降低力学性能。最好是添加一些元素，每种元素的量都很少，同时提高镁铝合金的强度和延展性。对于 Al 含量低于 10 wt.% 的 Mg-Al 合金，β-Mg 17 Al 12相可以在固溶处理后溶解在α-Mg基体中，从而提高合金的塑性。例如，经过固溶处理后，AZ91D-0.41Sm合金的延伸率提高到14.5%，是铸态的150%。Mg-6Al-Zn-0.9Y-1.8Gd合金的延伸率为22.3%，强度为254.8 MPa。
具有高塑性的 Mg-Al-Mn (AM) 合金通常用于生产承受高载荷的结构件。AM20、AM5、AM60等AM系列合金的延伸率分别为20%、15%、15%。在室温下，当 Mn 含量低于 1 wt.%时，Mg-Al-Mn 合金中的相为 α(Mg)+β(Mg 17 Al 12 )+MnAl。 随着Mn含量提高到1以上，会出现脆性的β-Mn相 wt.%，这通常会降低延展性。
与AZ合金不同的是，Mg-Al-Mn合金的塑性并没有通过固溶处理提高，而固溶后时效处理会提高。Sr、Nd、Ce等合金元素含量适宜，可以细化AM镁合金的晶粒尺寸，改善显微组织和力学性能。添加 0.5 wt.% Sr 后，AM50 合金的极限抗拉强度 (UTS) 为 233 MPa，延伸率相对较高，为 16.3%，而添加 1.5 wt.% Ce 时，可实现 20% 的高延伸率。 AM60合金的延展性提高到18%，
添加4 wt.% Nd 元素，而添加 Ti 和 Sc 元素显示没有增强。与添加单一合金元素相比，多种元素的复合合金化可以减少合金金属的消耗并引入更好的性能。AM60–1.6RE-0.15B 合金的伸长率为 18%，而与 Sr 或 Ce 合金化对含 Nd 的 AM60 合金的塑性几乎没有提高。添加0.05 wt.%碳纤维后，AM60的UTS可达242.4 MPa，伸长率维持在13.2%。
Mg-Al-RE (AE) 合金具有良好的抗蠕变和耐热性能。其中一些合金表现出良好的塑性。Mischmetal (MM) 可以显着提高 Mg-Al 合金的抗蠕变能力，特别是当 Al 含量低于 4 wt.% 时。然而，更多的MM会显着降低合金熔体的流动性，使合金难以铸造。因此在开发AZ镁合金的初期，Al和RE的含量分别为2%~4%和1%~2%。典型的合金有AE41、AE42和AE21。伸长率为17%的AE42合金属于高延展性和高综合力学性能的合金。当AE合金中Al含量高于4 wt.%，合金元素如Ca、Sm、Sb通常用于改善机械性能。
Mg-Al-RE合金的强化作用来源于两个方面。一是Al与RE元素反应，生成Al-RE二元相，如A1 11 RE 3，熔点高，导致Mg 17 Al 12降低低熔点和第二相的重排。二是稀土原子溶解在镁基体中，阻碍位错运动和原子扩散，导致晶界和位错钉扎，从而提高强度。由于热稳定性高的Al-RE第二相较多，因此AE系列镁合金在热处理后具有良好的力学性能。
例如，AE51-0.5Sb 和 AE51-0.8Ca 合金在时效后固溶处理后，UTS 分别为 241 和 232 MPa，伸长率为 11%-12%。AE51–1.0Sm 合金的 UTS 性能提高了 244 MPa，延伸率提高了 15.6%。
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文章来源：@青蝠科技 作者：青蝠科技
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