鎂的合金元素與雜質(zhì)
2019-12-06 13:47 ?瀏覽：次
結(jié)構(gòu)上應(yīng)用的都是鎂合金，因?yàn)榧冩V的強(qiáng)度低。通過合金化，可使鎂的強(qiáng)度性能得到很大提高，還可以改善工藝性能、化學(xué)性能等。根據(jù)合金化元素對二元鎂合金力學(xué)性能的影響，通常把它們分為三類：可以同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性的，Al、Zn、Ca、Ag、Ce、Ni、Cu、Th（提高由高到低），而改善塑性的順序（由高至低）則為Th、Ga、Zn、Ag、Ca、Al、Ni、Cu；提高塑性的作用大，但強(qiáng)化效果較小的元素有Cd、Ti、Li；強(qiáng)化效果明顯但使塑性下降的元素有Sn、Pb、Bi、Sb。
鋁Al 可與鎂形成的有限固溶體，是鎂合金最常用的合金化元素，也是用量最大的，在鎂合金用的合金化元素中，鋁的用量幾乎占55%左右。在共晶溫度時(shí)（710k），鋁在鎂中溶解度為12.7%，在提高合金強(qiáng)度性能的同時(shí)，可拓寬合金的凝固區(qū)間，改善鑄造性能。由于鋁在鎂中的固溶度隨著溫度的下降而顯著減小，所以鎂-鋁合金可以進(jìn)行熱處理。鎂合金中的最大鋁含量一般為10%，否則，合金的塑性會(huì)顯著下降，應(yīng)力腐蝕開裂傾向也加大。鋁含量為6%，強(qiáng)度與塑性可得到最佳的匹配。鎂可與鋁形成化合物Al12Mg17。
銀Ag 在鎂中的固溶度大，可達(dá)15.5%。銀與鎂的原子半徑相差11%，當(dāng)Ag溶入Mg中后，形成間隙式固溶體使晶格發(fā)生大的畸變，有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，銀可以提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，但降低其抗腐蝕性能。含銀的鎂合金獲得了商業(yè)應(yīng)用。
鈹Be 鎂及鎂合金熔體易氧化，添加0.001%Be~0.002%Be能有效地降低鎂合金熔體在熔煉鑄造時(shí)的表面氧化，不過含量稍多時(shí)會(huì)使晶粒粗化，因此砂型鑄件的鈹含量應(yīng)控制。
鈣Ca 向鎂合金添加鈣有不少優(yōu)點(diǎn)：可以降低熔體和鑄件熱處理時(shí)的氧化；細(xì)化合金晶粒；提高合金蠕變強(qiáng)度；降低合金的微電池效應(yīng)，從而可使陰極活性區(qū)縮?。簧倭库}（≤0.3%）可提高合金薄板的可軋制性能，若鈣含量＞0.3%，則薄板在焊接時(shí)易開裂；含2%Ca的快速凝固AZ91合金的腐蝕速度只有0.2mm/a，僅為不含鈣合金的1/4。不過含鈣的鎂合金也有一些不足之處：鈣在水溶液中不穩(wěn)定，在PH較高的溶液中會(huì)形成Ca（OH）2；此外，含鈣的鎂合金在鑄造時(shí)，鑄件易粘模和熱裂。
銅Cu 銅是鎂合金的一種雜質(zhì)，變形鎂合金的Cu含量應(yīng)≤0.5%，鑄造鎂合金的Cu含量應(yīng)≤0.20%或≤0.10%。銅對鎂合金的抗蝕性有較大影響，若其含量＞0.5%，則抗蝕性顯著下降，不過銅提高鎂合金的高溫強(qiáng)度。
鐵Fe 鐵對鎂及鎂合金的抗蝕性有顯著影響，是鎂合金應(yīng)于控制的雜質(zhì)元素，合金中的最大含量0.005%。
鋰Li 鋰是不常用的工業(yè)鎂合金化元素，由于鋰的密度小（0.534kg/t），所以Mg-Li合金的密度比純鎂的還低。鋰可以顯著提高鎂合金的塑性變形能力，但卻降低其強(qiáng)度性能與抗蝕性。鋰在鎂中的固溶度隨著溫度的下降而減少，有一定的固溶強(qiáng)化效果。鋰增大鎂熔體蒸發(fā)與燃燒的傾向，因此，宜在真空或保護(hù)密封條件下熔煉。
鎳Ni 鎳是鎂合金的一種有害雜質(zhì)，它的作用與鐵的相傾，少量鎳會(huì)大大降低鎂合金的抗蝕性，其含量應(yīng)≤0.005%，個(gè)別鎂合金如MB1及MB8的最大含量可達(dá)0.01%。
錳Mn 錳是鎂合金的一種常用合金化元素，變形鎂合金的含量一般＜3.0%，鑄造鎂合金的含量則≤0.5%。錳對鎂合金的抗拉強(qiáng)度沒有影響，但稍提高其屈服強(qiáng)度，錳細(xì)化鎂合金的晶粒，對其可焊性也有利。錳在鎂中的固溶度低。
銻Sb 銻可與鎂形成化合物Mg3Sb2，它有高的熱穩(wěn)定性，能有效地提高M(jìn)g-Al合金的室溫及高溫強(qiáng)度。銻可以細(xì)化Mg-Si合金的晶粒，其效果優(yōu)于鈣的，并改變Mg2Si的形貌。銻與少量混合稀土一同加入Mg-5Al-Zn-ISi合金中，可以明顯改善它的抗蝕性，制成室溫力學(xué)性能優(yōu)于AZ91合金的，而高溫力學(xué)性能甚至比AE42合金的還高。
鋁Al 可與鎂形成的有限固溶體，是鎂合金最常用的合金化元素，也是用量最大的，在鎂合金用的合金化元素中，鋁的用量幾乎占55%左右。在共晶溫度時(shí)（710k），鋁在鎂中溶解度為12.7%，在提高合金強(qiáng)度性能的同時(shí)，可拓寬合金的凝固區(qū)間，改善鑄造性能。由于鋁在鎂中的固溶度隨著溫度的下降而顯著減小，所以鎂-鋁合金可以進(jìn)行熱處理。鎂合金中的最大鋁含量一般為10%，否則，合金的塑性會(huì)顯著下降，應(yīng)力腐蝕開裂傾向也加大。鋁含量為6%，強(qiáng)度與塑性可得到最佳的匹配。鎂可與鋁形成化合物Al12Mg17。
銀Ag 在鎂中的固溶度大，可達(dá)15.5%。銀與鎂的原子半徑相差11%，當(dāng)Ag溶入Mg中后，形成間隙式固溶體使晶格發(fā)生大的畸變，有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，銀可以提高鎂合金的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，但降低其抗腐蝕性能。含銀的鎂合金獲得了商業(yè)應(yīng)用。
鈹Be 鎂及鎂合金熔體易氧化，添加0.001%Be~0.002%Be能有效地降低鎂合金熔體在熔煉鑄造時(shí)的表面氧化，不過含量稍多時(shí)會(huì)使晶粒粗化，因此砂型鑄件的鈹含量應(yīng)控制。
鈣Ca 向鎂合金添加鈣有不少優(yōu)點(diǎn)：可以降低熔體和鑄件熱處理時(shí)的氧化；細(xì)化合金晶粒；提高合金蠕變強(qiáng)度；降低合金的微電池效應(yīng)，從而可使陰極活性區(qū)縮?。簧倭库}（≤0.3%）可提高合金薄板的可軋制性能，若鈣含量＞0.3%，則薄板在焊接時(shí)易開裂；含2%Ca的快速凝固AZ91合金的腐蝕速度只有0.2mm/a，僅為不含鈣合金的1/4。不過含鈣的鎂合金也有一些不足之處：鈣在水溶液中不穩(wěn)定，在PH較高的溶液中會(huì)形成Ca（OH）2；此外，含鈣的鎂合金在鑄造時(shí)，鑄件易粘模和熱裂。
銅Cu 銅是鎂合金的一種雜質(zhì)，變形鎂合金的Cu含量應(yīng)≤0.5%，鑄造鎂合金的Cu含量應(yīng)≤0.20%或≤0.10%。銅對鎂合金的抗蝕性有較大影響，若其含量＞0.5%，則抗蝕性顯著下降，不過銅提高鎂合金的高溫強(qiáng)度。
鐵Fe 鐵對鎂及鎂合金的抗蝕性有顯著影響，是鎂合金應(yīng)于控制的雜質(zhì)元素，合金中的最大含量0.005%。
鋰Li 鋰是不常用的工業(yè)鎂合金化元素，由于鋰的密度小（0.534kg/t），所以Mg-Li合金的密度比純鎂的還低。鋰可以顯著提高鎂合金的塑性變形能力，但卻降低其強(qiáng)度性能與抗蝕性。鋰在鎂中的固溶度隨著溫度的下降而減少，有一定的固溶強(qiáng)化效果。鋰增大鎂熔體蒸發(fā)與燃燒的傾向，因此，宜在真空或保護(hù)密封條件下熔煉。
鎳Ni 鎳是鎂合金的一種有害雜質(zhì)，它的作用與鐵的相傾，少量鎳會(huì)大大降低鎂合金的抗蝕性，其含量應(yīng)≤0.005%，個(gè)別鎂合金如MB1及MB8的最大含量可達(dá)0.01%。
錳Mn 錳是鎂合金的一種常用合金化元素，變形鎂合金的含量一般＜3.0%，鑄造鎂合金的含量則≤0.5%。錳對鎂合金的抗拉強(qiáng)度沒有影響，但稍提高其屈服強(qiáng)度，錳細(xì)化鎂合金的晶粒，對其可焊性也有利。錳在鎂中的固溶度低。
銻Sb 銻可與鎂形成化合物Mg3Sb2，它有高的熱穩(wěn)定性，能有效地提高M(jìn)g-Al合金的室溫及高溫強(qiáng)度。銻可以細(xì)化Mg-Si合金的晶粒，其效果優(yōu)于鈣的，并改變Mg2Si的形貌。銻與少量混合稀土一同加入Mg-5Al-Zn-ISi合金中，可以明顯改善它的抗蝕性，制成室溫力學(xué)性能優(yōu)于AZ91合金的，而高溫力學(xué)性能甚至比AE42合金的還高。