详细介绍:
AZ91D镁合金
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AZ91D镁合金
AZ91D镁合金按制造工艺镁合金可分为两大类:变形镁合金和铸造镁合金。铸造镁合金在室温和高温下具有良好的机械性能,AZ91D铸造镁合金主要用于汽车零件,机件壳罩和通信设备等。与铸造镁合金相比,AZ91D变形镁合金具有更高的强度,更好的塑性,主要用于薄板,挤压件和锻件等。
AZ91D镁合金化学成分
型号
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Mg
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Al
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Si
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Ca
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Zn
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Mn
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Be
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Fe
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AZ91D
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余量
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3.1
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0.03
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0.05
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0.82
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0.335
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0.1
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0.005
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变形AZ91D镁合金在汽车工业中的应用
采用镁合金制造汽车零部件具有一系列优点,如:可以显著减轻车身质量,降低油耗,减少尾气排放量,提高零部件的集成度,降低零部件加工和装配成本,提高汽车设计的灵活性等,据估计,机动车辆每减重10%可以节省燃料5.5%,相应地也可以减少废气排放量,在汽车上使用镁合金零件可以提高汽车抗震及耐碰撞性能,改善汽车的刚度,提高废旧零部件的回收率,提高汽车的安全性和可操作性,在汽车工业中变形镁合金板材可用于制备车身零部件,锻件可用于制备汽车底盘承载件,德国大众(奥迪)汽车公司开发了镁合金汽车外铝的混合车门可减重50%,与铝门相比可减重20%,此外,从冲压性能角度考虑,镁合金板材冲压杯形件时在448K时的极限拉深比可达2.0,在498K时可达3.0,超过了钢材和铝板在室温下的极限拉深比(两者分别为2.2和2.6)目前影响变形镁合金在汽车工业广泛应用的关键因数是缺少工业化的生产技术,未能很好的解决塑性变形能力差和腐蚀问题,另外产品的价格偏高,质量稳定性也有待进一步提高
变形AZ91D镁合金在3C领域中的应用
随着现代电子技术的发展,对电子器件用结构材料及部件的性能提出了越来越高的要求,传统塑料和铝材已逐渐难以满足电子器件轻,薄,小型化以及安全,环保的发展要求,从而变形镁合金成为制造电子器件壳体的理想材料,近十年来,世界上电子工业发达的国家,特别是日本和欧美一些国家在镁合金产品的开发方面开展了大量工作,并取得了重要进展,一大批重要电子产品在使用镁合金后,取得了理想的效果,1988年以后日本所有的笔记本电脑厂商均推出镁合金外壳的机型,目前38cm以下的机种已全面使用镁合金作为外壳,我国的联系,华塑等笔记本电脑1999年也部分采用了镁合金外壳,采用镁合金制造相机的顶盖,前盖,反光镜箱和机身,提高了相机刚度,精度和耐久度,并使得相机质量变轻,结构变小,且易于携带,目前主要用于数码相机的机壳制造,但是,这些产品大都采用压铸法制造,存在产品规格尺寸受限,力学性能差等局限,采用塑性成形技术的限制,目前采用塑性成形的方法制造该类产品还只是处于实验室研究阶段,工业化生产尚未见报道。
变形AZ91D镁合金在国防军工领域中的应用
国防军工领域很早就已开始应用变形镁合金产品,20世纪40年代开始采用变形镁合金制造装填器杆(挤压件)航空火箭发射器(挤压件)地面导弹发射器(挤压件)T-31型20MM加农炮(挤压及铸造件)SIG33 15cm枪托架(铸造和锻造件)等,随后,变形镁合金又被用于制造控制系统雷达(多做方法制造)M113运输机地板(有花纹的金属板)M113壳体结构件(MG-LI合金板材)和底板炮手站台(挤压件)M116运输机仓顶拱部件和底板(板材)民兵导弹牵引车(板材和挤压件)野外保养隐蔽所和直升机部件(挤压件)等 20世纪80年代以后,为了实现武器轻量化,镁合金在军事领域中的应用进一步扩大
变形AZ91D镁合金在其他领域中的应用
在办公,家用和体育用品方面,由于经过塑性变形后的镁合金产品具有高的强度和刚度,以及轻巧,美观,可回收等优点,可替代许多塑料制品,成为近年来变形镁合金材料不可忽视的一个应用领域,在办公设备方面,变形镁合金用于制备铅笔刀(挤压件)打印机卷轴(挤压件)磁带卷轴(板材及挤压件)记录磁盘(板材)等,此外变形镁合金还被应用于电力工业,家庭消费品,家具,车床设备,办公室设备,光学设备,运动器械和医疗器械等众多领域,应用非常广泛
在工具方面,镁合金锻件可以作为钳子和扳手的把手,也可以作为固定扳手,棘轮扳手轻便的工具等
在家庭消费方面,镁合金被用于制造手提箱(板材和挤压件)公文袋(挤压件)梯子(挤压件)折叠椅(挤压件)化妆品罐,打火机外壳,安全帽等
在运动器械方面,采用镁合金的零部件有淡水用独木舟和船体(板材和挤压件)背包架(挤压件)与一般铝合金相比,采用高强度镁合金材制成的网球拍,弓箭手柄具有更好的抗拉,抗扭强度以及耐疲劳极限
在自行车领域,由于镁合金密度小,比强度高,耐冲击,阻尼性好,制造的自行车轻便,舒适,镁合金自行车车架仅重1.4KG 整车重4KG,目前已开发出符合ASTMB107规范要求的镁合金管材和棒材,成品车有镁合金登山车,折叠车,轮椅车,零件有曲柄,竖管,夹器,车圈和车架附件
新型变形AZ91D镁合金材料的设计与开发
目前人们已经开发出了许多变形镁合金并形成了一定的系列,变形镁合金的应用范围越来越广泛,急需开发出各种规格,型号的新型变形镁合金,以满足不同环境对变形镁合金使用性能的要求,因此,新型变形镁合金的设计和开发已经成为当前乃至未来的一个重要发展方向,目前,变形镁合金的设计主要以多元微合金化为出发点,以热力学计算为理论基础,并通过结合分子轨道理论计算出的特定参数来预测合金的室温强度和高温强度,通过研究制备工艺对合金元素在镁合金中固溶度的影响规律,阐明合金化元素在镁合金中的作用机理,揭示合金元素对材料强韧性,耐热性能等的影响规律及机理,采用固溶强化,沉淀强化,细晶强化以及复合强化等手段提高材料的综合性能以及开发新型超轻,高强,耐蚀和耐热变形镁合金是目前镁合金设计的研究重点
超轻变形AZ91D镁合金的开发
超轻镁合金主要指MG-LI系合金,其研究和开发具有特殊意义,在镁中加入锂元素后其结构和性能发生特殊变化,首先,添加LI可进一步降低镁合金的密度,MG-LI系合金是迄今为止最轻的金属结构材料,日本已成功地制备出密度小于水的MG-LI合金,并应用在航天器上,其次,锂的加入可大大提高合金的塑性,使合金具有优良的冷,热变形能力,其次,锂的加入可大大提高合金的塑性,使合金具有优良的冷 热变形能力,虽然MG-LI合金固溶强化值和加工硬化效应较低,但是其比强度比常用镁合金的高,如果再加入适当元素,还可进一步提高MG-LI合金的强度
二元MG-LI合金的抗蚀性和耐热性能均较差,通过多元微合金化,在MG-LI合金中加入MN AL SN CD等元素可以有效地改善合金的抗蚀性和耐热性,当MN含量低于4%(质量)时添加锰能提高MG-LI合金抗蚀性,且效果最为显著,CD AL SN等元素对MG-LI合金抗蚀性的影响与含量有关,当CD含量小于4%(质量)时,添加CD可提高合金的耐蚀性,但超过4%时则会降低其抗腐蚀性,而对于AL和SN,当其含量在(0.6-1.0)%范围内时,合金的抗腐蚀性随着元素含量的增加而下降,当超过1.0%后,其抗腐蚀性随含量的增加而稍有提高,在MG-LI合金中添加少量的AL和CA不但有助于合金表面形成稳定性较高的MG(OH)2基化合物保护层而提高合金的抗腐蚀性,而且也能提高合金的延展性和抗蠕变性能,SI SB等元素则会显著降低MG-LI合金的抗腐蚀性,此外,MG-LI系合金在潮湿大气中的应力腐蚀实验时,合金被腐蚀成粉状,因此,在开发MG-LI系超变形镁合金时,必须解决这些问题才能真正发挥其低密度的优势
高强度变形AZ91D镁合金的开发
提高镁合金强度的主要手段有晶粒细化和合金化等,其中晶粒细化的方法主要有快速凝固,喷射沉积,强应变塑性变形(如大挤压比挤压,等径角挤压,大变形量轧制等)采用快速凝固技术可以显著细化合金的晶粒组织,获得超高强度镁合金,在合金化方面,将AZ31合金的锌含量增加到2%后,合金的屈服强度明显增高,伸长率略有下降,而锌含量对AZ42 AZ32的性能没有太大的影响,对于ZM系合金,随着锌含量的增加,ZM21 ZM41和ZM61合金的强度逐渐增加,而伸长率有所下降,其中ZM61合金具有AZ61相似的力学性能,总的来说,通过增加锌含量有望使现有合金的强度明显增加,而对伸长率不会有太大的影响。
耐蚀变形AZ91D镁合金的开发
镁合金的耐腐蚀性能较差,成为制约其广泛应用的主要因素之一,影响镁合金耐腐蚀性能的因素很多,主要有合金因素,组相成微观组织特性和环境介质等,目前,提高镁合金耐腐蚀性能的方法主要有以下几种
1. 添加稀土金属,Y MN CA ZN等元素提高镁合金的耐腐蚀性能,通过合金中添加稀土金属和Y元素能有效提高镁合金的耐腐蚀性能,MN能除去合金中的FE及其他重金属元素,避免生产有害的晶间化合物相,从而提高MG-AL合金和MG-AL-ZN合金抗海水腐蚀能力,但随着MN含量的增加,合金组织中将出现脆性的AL2MN相,降低合金的塑性,因此,MN含量一般限制在0.6%(质量)以下,CA可以减轻镁合金的微电池效应,ZN也能减轻FE,NI存在而引起的腐蚀作用,
2. 控制杂质元素FE NI和CU等的含量,获得高纯度的镁合金以提高材料的耐腐蚀性,FE不能固溶于镁中,往往在晶界面偏聚,从而降低镁合金的抗腐蚀性,当FE含量大于0.016%(质量)时,镁合金的腐蚀性速度急剧增加,NI CU在镁中的溶解度很低,常与镁形成金属间化合物如MG2NI MG2CU等,呈网状分布在晶界上,降低材料的抗腐蚀性,当NI含量大于0.016%(质量)CU含量大于0.15%(质量)时 镁合金的腐蚀性速度显著增加 因此通过控制FE CU NI等的含量可提高镁合金的耐腐蚀性
3. 采用快速凝固技术提高镁合金的抗腐蚀能力,通过快速凝固技术一方面能够制备晶粒细小,微观组织均匀且无成分偏析的镁合金,有助于在镁合金表面形成保护性氧化膜和消除微电池效应,从而明显改善抗腐蚀性,另一方面可以大大提高MN AL等元素在镁中的固溶度,形成相应的过饱和固溶体,通过合金化钝化来提高抗腐蚀性
此外 对于变形镁合金制件还可以进行表面处理以提高其耐腐蚀性能,目前研究得较多且教有效的方法主要有化学氧化处理法,微弧氧化法和表面涂层法等
耐热变形AZ91D镁合金的开发
限制镁合金在汽车和航空领域推广应用的一个主要因素是其耐热性差,抗高温蠕变能力弱 提高镁合金高温强度和抗蠕变性能的途径主要有:1.添加RE(CE ND Y)SN SI CA AG BA SB等元素,形成热稳定性较高的弥散相粒子,降低合金元素在基体中的扩散速率,阻止晶界滑移,从而提高镁合金的热稳定和蠕变抗力2.增大晶粒尺寸,以增大扩散距离,使晶界扩散作用降低3.减少或消除低熔点,在高温下容易粗化的相,如AZ系合金的主要增强相(MG17AL12)在高温时发生软化和粗化,不但起不到强化效果,反而降低其抗蠕变性能,目前,人们主要通过在合金中添加稀土和碱土金属阻碍相生产并型材热稳定的金属间化合物来而提高镁合金的抗高温如蠕变性能
然而以上提到的报道几乎都是针对铸造镁合金的,高温变形镁合金的研究与开发不够充分,有关稀土,碱土金属对其组织性能的研究远不如铸造镁合金的研究那么深入和充分,相关的专题研究报道很少,在现有的变形镁合金系中只有HM21 HM31 WE43和WE54等合金具有较高的高温性能,而且只有HM21 HM31合金由于含有对人体有害金属TU而无法得到广泛应用
快速凝固变形AZ91D镁合金的开发
快速凝固工艺能够显著提高镁合金的室温和高温力学性能,并改善镁合金的耐腐蚀性
快速凝固工艺在镁合金中的应用研究始于20世纪50年代,当时采用快速凝固粉末挤压成形的方法制备了以ZK60A合金为代表的一些镁合金,该合金的挤压件仍保留快速凝固微细组织的特征,近年来,快速凝固工艺被用于开发新型变形镁合金并取得了重要进展,一般而言,镁合金的屈服强度和抗拉强度分别低于200MPA和300MPA 而快速凝固超高强度镁合金的抗拉强度可高达500MPA以上,比强度高于250MPA
与铸造镁合金和采用镁合金铸锭塑性加工成形制备的变形镁合金比较,用快速凝固技术制备的变形镁合金具有如下特点:
1. 室温下,其抗拉强度超过常规铸锭冶金镁合金及高强铝合金的40%-60%
2. 压缩屈服强度/拉伸屈服强度的比值有普通镁合金的0.7增加到1.1以上,改变了普通变形镁合金压缩屈服强度小于拉伸屈服强度的特性
3. 挤压态制品的伸长率在5%-15%范围内,经热处理后可达22%相应的强度值仍高于传统铸造镁合金的强度
4. 与其他轻合金比较,快速凝固镁合金在373K以上具有优良的塑性和超塑性,且由于晶粒细小,其疲劳抗力为常规铸锭冶金镁合金的两倍左右甚至更高
基于MG-AL系,人们采用快速凝固工艺对添加了ZN CE ND SI SR CA和混合稀土等80余种不同成分的合金进行了研究,结果表明部分快速凝固合金在较高温度下的蠕变性能得到改善,也有部分快速凝固合金因为微细晶粒组织中晶界滑移增强而加速了蠕变变形,一些快速凝固镁合金呈现超塑性,在423K下就可以超塑性成形,此外,快速凝固镁合金县微组织细小,均匀,各种元素固溶度增加,从而抗腐蚀性得到明显改善,日本东北大学金属研究所采用气体雾化粉末中温挤压成形工艺制备了高强度,高延展性的MG-1ZN-3Y合金,强度高达600MPA,伸长率达16%
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