发布时间2022-06-20,由cyanbat发布 | 关键词:镁铝合金

什么是镁铝合金?

铝、镁、钛和钢合金具有不同的层次微观结构特征,这些特征是由多种元素的合金化和通过各种方法加工而成的。

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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