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镁合金是怎样变强的

时间:2015-5-12


      纯镁的强度低,即使是工业纯镁也如此,而且塑性与加工成形性能差,不能作为结构材料使用,必须想方设法改变它的这种不尽人意的本性,提高它的这些性能,使它能为人类社会的进步与人们生活水平的提高作出更大的贡献。研究表明,通过常用的纯金属物理冶金措施,也可在很大程度上提高纯镁与改善它的物理、化学、力学与工艺性能,尽管效果并不如铝及铜的那么大,造成差别的主要原因,在于它们的本性不同,铝与铜为面心立方晶体结构,而镁的晶体结构为密集六方。金属及合金的常规强化方法有:合金化、压力加工、热处理、晶粒细化、添加增强材料等,这些方法可以单独运用,也可以组合运用,都可以大大提高纯金属的力学性能,或使某些性能得到改善。通常,镁及镁合金的强化措施:固溶强化,沉淀(析出)强化,弥散强化,细晶强化,形变强化,复合强化等。
      固溶强化
      固溶强化即是向镁中添加可固溶于镁的合金化元素如铝、锌等,由于合金元素和基体元素镁的原子半径和弹性模量的差异,镁的晶格会产生相当大的畸变,引发应力场,阻碍位错运动,从而使基体强化,提高材料的力学强度。由此可见,溶入的溶质原子越多,也就是说它的浓度越大;溶质与溶剂镁原子半径和弹性模量相差越大,合金的强度性能也越高。
      沉淀(析出)强化
      此种强化是提高镁合金强度性能特别是室温强度的主要机制。在合金中若合金元素如铝与锌的固溶度随着温度的下降而减少,便可以产生时效强化。将这类镁合金在高温下加热一定时间即进行固溶处理,就可以获得含铝和/或锌过饱和的镁固溶体,然后在较低的温度(175℃~200℃)进行时效处理,可从固溶体内析出弥散的沉淀相,产生时效强化作用。时效强化效果大小决定于:析出相质点直径、形貌、硬度与基体间界面的性质等。较为理想的状态:析出质点细小,在基体中分布均匀,在晶体上与基体的共格,在温度升高时不会长大或不易粗化,如果能形成类似于可热处理强化的铝合金中的GP区的原子聚集团则更好。
      弥散强化
      在镁合金熔体凝固过程中形成的弥散相与从固溶中析出的沉淀相不同,它们有相当高的熔点,在镁基固溶体中的溶解度极低,因而在热力学上很稳定。在这种弥散强化的镁合金中,当合金发生塑性变形时,弥散质点阻碍位错运动,因而合金在较高的温度仍具有相当高的强度。
      细晶强化
      不管什么合金,晶粒细小材料的性能特别是力学性能总比粗大晶粒材料的高,因此,细化晶粒也是提高镁合金力学性能的有效措施。细化镁合金晶粒的主要方法:向熔体中加锆,增加异质晶核;采用快速凝固。细化铸造组织具有相当大的强化效果。镁及镁合金的晶粒细化剂除锆外,还有稀土RE、钙Ca、锶Sr、硼B、C2Cl6等,用C2Cl6可以同时达到除气和细化晶粒的双重效果,向AZ31镁合金熔体加入C2Cl6,可形成作为异质晶核的Al-C-O化合物质点。AZ31合金经C2Cl6变质处理后,晶粒尺寸由280μm减少到120μm,抗拉强度明显提高。热加工等塑性变形也能细化镁合金晶粒。
      塑性变形强化
      镁、镁-铝合金、镁-铝-锌合金、镁-锌-锆合金等都可以通过热塑性变形细化晶粒,它们在热挤压、轧制时会发生动态再结晶,可使晶粒得到细化;等角挤压可使镁合金得到细小的晶粒组织,AZ31合金在160℃~223℃等角挤压后的晶粒尺寸为0.5μm~3μm。
      复化强化
      向镁及镁合金中添陶瓷颗粒、纤维或晶须等增强相可显著提高它们的强度、弹性模量,改善它们的耐磨性能和提高高温强度与抗蠕变性能等,镁基复合材料有着广泛的应用前景。

       来源:中国有色金属报 责编·作者:王祝堂



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