变形镁合金及其成形工艺（一）

HEATS · 发表于 2010-9-12 18:25:19

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    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。

    新近研究开发的变形镁合金如：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，形成新的合金品种。

    与铸造镁合金相比，变形镁合金具有更高的强度和塑性，作为板材、型材以及锻压成形零件，可以应用在航空航天、汽车、3C及军工等各个领域，发挥出其独特的优势。利用变形镁合金比重小、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。利用镁合金质轻，减震、电磁屏蔽等优良性能，来制作手提电脑、手机以及便携音像器具等设施的外壳等，能够达到轻巧、美观（金属质感）、耐用等效果。有关各类变形镁合金的主要用途见表2所示。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。

    表1 变形镁合金牌号对照表

中国	$ r) F' H# N0 I1 Z, J4 y" Q, O 苏联	5 H3 h: _/ `1 \1 V; w 美国	% d' a5 ~' g2 a! f 日本	, [# V E9 X* X9 d 德国
8 \4 @. T7 L( ^- B4 _ MB1	3 }! G" E* X! [. l5 P) F/ ^ MA1	: j! h* Q2 F! {: \ AlM1A	# e4 B0 [8 r4 K* l Y1 X -	, e) L! u1 p3 U& I& h$ I$ u MgMnZ
) o6 O* v) n! p' M1 I, \ MB2	# Q7 i( Q7 r- v, D MA2	: R* p$ n( \|" \|. W& }# p( x1 v AZ31B（C）	- g+ i' \|2 \0 U. e { M1	7 v3 A7 e$ t$ D' y7 n1 l MgAl3Zn
7 G, u9 { G/ a! }2 `8 S5 q; O MB3	2 k7 W1 c5 R# x" C \|& e MA2-1	& N! P' m7 \|/ Z -	0 {& `( Y2 Z5 Q* k0 O3 w3 { -	2 v0 M& }- c$ {7 Q -
. F& `8 z1 M8 y9 d; `5 ^2 ^5 x MB5	" W7 R" b0 o8 t4 ` ` MA3	; \|$ z9 z, H) N AZ61A	2 ]6 ^/ K$ N2 u/ \7 I M2	; w/ D7 v6 @2 x, [ MgAl6Zn3
& Q K8 a) j( X/ y$ e9 Q8 s& X- p MB6	' y8 n T+ A6 ^ MA4	3 H# f, z0 f- E -	, q K6 m' E8 P: D2 u/ g -	4 v5 _) ]/ p l' ^7 c MgAl6Zn3
: p# x0 i; b8 ]$ G MB7	- _" p( g9 x9 v: I# y ? MA5	# J. v# [! h4 W x* M AZ80	* y# F3 G% l8 i# o6 W$ F4 p7 Z2 a AZ61A	) z8 ~6 J$ D. y MgAl7Zn
1 ^# o# T- S- J0 R7 z8 I MB8	2 S5 A0 `, x# M$ W" p% n& ?7 ^" Z MA8	" I' ~6 M- _; h7 F$ U- Y/ E7 e* g -	. t7 [- A/ O f6 Z# H: i AZ80A	9 z: c8 D3 L# z8 d3 J AM537
8 h, F6 d9 k0 K6 X% G9 C1 i MB15	# }7 \: o, g- H* C% I6 w3 i1 \|5 r MB65-1	' \|" _/ I* ~ d) V1 ?1 r+ K ZK60A	5 g2 f1 S' ~0 c# \|0 k8 \; D& j5 k ZK60A	% x; b# {* x# e9 u, \ a3 ^ MgZn6Zr

    表2 变形镁合金的主要用途

类别	* J: ?5 C+ g3 K/ s- B 部　　件　　名　　称	+ R) B" ~1 n/ [ c5 J* O 常用材料牌号	# A5 V9 j& s0 m3 g, m. }4 s 成形工艺
- Q" \|$ F# ^: C: b& ?9 f3 x k- f 汽车内饰件	^+ y3 s; i! A! _* b 仪表盘、内饰罩板、分电气膜片箱、格栅、发电机托架、座椅架、转向柱、后座	$ N$ z9 O/ i- J+ j3 r- ` AM50,AM60	# Q6 ]) }3 f4 H7 O6 d. n 热冲压
1 O- @6 h! V( @1 V 汽车车身件	7 x2 z' W+ x& a: W1 ~ 内门板、行李箱盖、仪表盘十字梁	' T# D3 X, C, t" K AZ31	, j6 Z2 k/ S+ x5 L3 e+ @$ J- N/ e 热冲压,热拉深
9 K/ g2 A3 ] W( q: f 汽车底盘	" [! E1 g( r+ \|1 y# W) { 底盘筐、发动机轴、发动机架、车轮、前后悬臂	' Z9 W0 c) `9 c+ m: h. t, c7 u AZ31	3 C1 n& w% b" T# ] 锻造,挤压,
# _# [1 g0 {% E% g m) R 汽车覆盖件	* ~0 G6 `; s5 x) Q+ t 行李箱盖板	4 }0 J- \- l; p AZ31B	3 L5 {1 q, C2 O! ] 轧制
- E& x2 U0 K; W8 h 航空航天部件	# Q' e: S$ F% \+ k; q3 X- u8 ^ N6 j 直升机变速箱、座舱架、吸气管、发动机架、刹车器、壁板、副翼蒙皮、舵面、核燃料箱、飞机内框架结构管件、方向舵	" g& c: _- e+ Z; s8 y Y MB15,AZ31B ,AZ91B,ZK60A	g9 C, ~( {$ M 等温锻造, 超塑成形, 热挤压
. T0 c3 U4 R9 @- t4 A( J 军事、兵器	. Y. J5 ]' F" }- K6 ] 导弹舱段、弹夹、抢托、导弹尾翼	+ E# [" u# h, [" O) d AZ31B	* [# Q& m0 L; \|* R) M+ t2 n6 o# w8 t 轧制、锻造
( c" X" k q7 ]' s8 d. n 电子电器部件	7 ^ ]* n. a' t. l0 C# ? 笔记本电脑外壳、打印机板、硬盘中小件、手机壳、摄像机壳、相机架	0 r+ U8 r( F' n$ U: j- J( G* M- U AZ31B	o$ K$ b6 n0 c8 K x 热冲压
7 w" S) k* l) q% u6 ]1 o0 u 体育、办公、家庭用品	+ w' x! ~) O ~8 ?( n7 I# O, a8 J 渔具卷轴、滑雪橇、网球拍、电动车部件、自行车架、轮椅及残疾车架、拐棍、行李架、镁合金夹具、印刷机械	0 s2 f# \|/ D K" V" _8 h AZ31B	8 x5 C; l8 d% ]' i3 c' T 冲压,挤压

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