什么是镁合金?

[拼音]：meihejin

[外文]：magnesium alloys

以镁为基加入其他元素组成的合金。1909年德国就研制也Mg-Mn、Mg-Al-Zn系合金。第二次世界大战后，镁合金工业随着飞机制造业的发展而发展起来。中国在50年代中期开始生产镁合金。镁合金密度低 (约 1.8g/cm3)，是铝的2/3；强度虽低于铝合金，但比强度较高，在航空和航天工业中应用可以减轻结构件重量。镁合金的d性模量约为4500kgf/mm2，消震性好，承受冲击载荷的能力比铝合金大，适于制造承受剧烈震动的部件。镁合金耐有机物和碱的腐蚀的性能好，可制作油管或油箱等部件，但耐大气腐蚀的性能较差，使用时需经氧化或涂漆等表面处理。镁合金按成形工艺分两大类。

能用塑性变形加工成材的镁合金。常用的合金元素有锰、铝、锌、锆、钍、稀土元素（铈、钕、钇等）和锂等。变形镁合金已发展为6个系列，20多个品种。中国生产的典型变形镁合金的成分和力学性能见表1。

典型的合金为MB8，属中强耐蚀可焊镁合金。锰含量一般为1.5～2.5％，多了易形成锰偏析。镁锰系合金中锰能与铁生成金属间化合物，沉积于熔体底部，从而消除铁的有害作用，并提高合金的耐蚀性。合金中虽有β-Mn相析出，但该相强化作用小，所以该系合金无明显的热处理强化效果，常在退火后使用。MB8合金中含有铈，可使合金的晶粒细化，强度、塑性和耐热性提高。

强度高、铸造性能好，但耐蚀性较差。铝是主要强化元素。在铝含量达到3％以后，随铝含量的增加，合金的强度提高，而塑性和耐蚀性下降。铝的最大含量可达9%左右。适当的锌含量除能提高强度外，还能改善塑性和耐蚀性；但超过3％，有产生高温脆性倾向。该系合金的两个主要强化相为:γ相(Mg9Al3)和τ相[Mg32(AlZn)49]。镁铝锌三元系相图的镁角部分(室温)如图。MB6和MB7合金中的合金元素含量较高，强化相数量较多，可进行热处理强化。这两种合金热塑性较低，主要用于生产承受大载荷的棒材、型材、锻件或模锻件。MB2是高塑性锻造合金，应力腐蚀倾向小，适于生产形状复杂的锻件和模锻件。MB3合金强度高，有良好的焊接性和可切削性，可加工成板材、棒材和锻件。

属高强镁合金，在变形镁合金中具有强度高、塑性和耐热性好等特点，是应用最多的合金之一。镁锌二元合金晶粒粗大，塑性较差，且易产生热裂纹。锆在镁中溶解度很小，结晶时首先析出α-Zr质点，起晶核作用，可使晶粒细化，以改善合金的耐蚀性和耐热性。MB15合金是高强度合金，宜在150℃下使用，可制成铸件、挤压棒材、型材和锻件。MB15合金在热加工后可直接进行人工时效处理，也可先经淬火再进行人工时效处理。这种合金可以制作承受高载荷并具有高屈服强度的部件，如飞机的机翼长桁、翼肋等。

属超轻镁合金，比重较一般镁合金低15～20％，比强度高于常用镁合金，具有良好的冷、热变形能力。主要用于制作导d、火箭、航天飞行器的辅助结构和制造要求比重小的零部件。

镁锂系合金中还可加入铝、锌、锰等元素。多元镁锂系合金具有热处理强化效应，抗拉强度为18～28kgf/mm2。随锂含量的增加，合金强度下降，塑性提高。锂含量超过10％以后，这种合金由密排六方点阵转变为体心立方点阵，工艺塑性明显提高。钠是该系合金中的有害杂质，易引起“钠脆”（见铝合金）。

属耐热镁合金，可热处理强化。其强化相为Mg4Th，有很好的热稳定性，可显著提高合金的耐热性能。

镁钍二元合金晶粒粗大，钍含量一般在1.5～4％之间，可加入锰、锆和锌等元素形成Mg-Th-Mn、Mg-Th-Zr、Mg-Th-Zn-Zr等合金。该系合金适于在300～400℃温度下工作，可以用铸造或塑性变形生产。但因其有一定的放射性，生产时需有防护措施。

也属耐热镁合金。稀土元素和镁常形成稳定的金属间化合物，可提高合金的强度和抗蠕变性能。该系合金耐蚀性好，无应力腐蚀倾向。

采用砂模、硬模或压力铸造法直接铸成所需的零件。按合金成分一般分为Mg-Mn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系和Mg-Zn-R(稀土)-Zr系。几种典型铸造镁合金的成分和力学性能见表2。

铸造镁合金同变形镁合金一样具有承受冲击载荷能力，可以制做承受震动的部件。铸造镁合金可切削加工性能好，在潮湿的大气条件下，腐蚀稳定性较差。砂模铸造的Mg-1.5Mn合金，强度较低，仅10kgf/mm2，但有良好的致密性、耐蚀性和可焊性，属于耐蚀铸造镁合金。低铝的Mg-3.0Al-1.0Zn合金，为气密性好的铸造合金。铝含量高的Mg-Al-Zn合金属于高强度的铸造合金，铝含量在5～10％范围内，强度可达23kgf/mm2，且金属流动性好，线收缩率小，可以制造承受较大负荷的部件，ZM-5合金是该系典型的合金。镁-稀土-锆合金属于耐热铸造镁合金，工作温度200～250℃，强度可达8～10kgf/mm2，用于制造气密性好、耐高温的部件。