镁合金的分类方式

纯镁的优点很多，但是力学性能较低，其应用范围受到很大限制。通过在纯镁中添加合金化元素，可以显著改善镁的物理、化学和力学性能。根据实际需要人们已经开发出众多的镁合金体系。一般来说，镁合金分类的主要依据有3 种：合金化学成分、成型工艺和是否含铝或锆。

1. 按化学成分

根据镁与其中的一个主要合金元素将镁合金划分为 Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Li 等二元系，以及Mg-Al-Zn（AZ）、Mg-Al-Mn（AM）、Mg-Zn-Zr（ZK）、Mg-Gd-Y（GW）等其他多元系。

（1）Mg-Al 系。

Mg-Al 系合金一般属于中等强度、塑性较高的最常用合金系，它们具有良好的强度、塑性和耐腐蚀性等，而且价格较低。常用Mg-Al 合金铝含量小于10%，由于不平衡结晶，室温状态组织为α（Mg）+β（Mg17Al12），β 相随铝含量的增加而增多。在铝含量小于10%时，随着铝含量增加，固溶条件下β 相可全部溶入α 基体中，随Al 量增加抗拉强度不断提高；伸长率则在3～8%范围内达到最大值。Mg-Al 系合金中，部分AZ、AM、AE 合金属于高塑性镁合金。

AZ 系合金应用很广泛，它的主要特点是强度高，并具有良好的塑性与铸造性能。铝是该合金系中的主要元素，其主要作用是提高合金的室温强度，并赋予热处理强化效果。锌能提高合金的强度，改善合金的塑性，提高耐腐蚀性，但同时会增加疏松和热裂纹的形成倾向。AZ 系中的AZ31、AZ61，具有良好的塑性、强度和耐腐蚀性等综合力学性能，其延伸率能达到19%以上。

AM 系镁合金具有优良的塑性和韧性，用于受冲击载荷、安全性要求高的场合。AM20 压铸态下延伸率可达20%，AM50 和AM60 压铸态延伸率可达到15%。对Mg-Al-Mn 三元镁合金，当锰含量小于1%时，室温状态组织为α（Mg）+β（Mg17Al12）+MnAl，随着锰含量的增加，组织中将出现脆性的β-Mn相，使塑性降低。

AE 系合金具有较好的抗蠕变和耐热性能，其中有些合金塑性亦较好。AE42 合金具有优良的综合性能，同时其铸态延伸率能达到17%，属于高塑性镁合金。

（2）Mg-Zn 系。

Mg-Zn 系合金中，加入少量的锆，能显著细化晶粒并提高强度，改善合金的耐腐蚀性和耐热性。Mg-Zn-Zr 系合金具有较高的强度、良好的塑性及耐腐蚀性。

ZK60 除具有较高的强度外，塑性亦较好，挤压态延伸率能大于17%，它是工业变形镁合金中综合性能最好、应用广泛的合金。在Mg-Zn 合金中添加适量的稀土、锆或铜来净化合金并细化晶粒，对提高塑性也有益。

（3）Mg-Mn。

Mg-Mn 系合金包括，ASTM 系列中M1A 和GB/T 5153 中的MB1 和MB8。Mg-Mn 系合金具有良好的耐腐蚀性能、焊接性能和塑性，但强度较低，可用来制造承力不大，但要求耐腐蚀性高及焊接性好的零件。Mg-Mn 系是具有包晶反应的合金系，且锰镁间不能形成化合物。锰容易同有害杂质元素铁化合，从而消除铁对抗蚀性的有害影响，使得合金在海水中的腐蚀速度降低。在Mg-Mn 合金中加入少量的稀土，能够细化晶粒和净化晶界，使合金塑性提高。

（4）Mg-RE。

镁中加入稀土元素，能达到以下几方面的作用：① 显著提高高温强度和抗蠕变性能，Mg-RE 系合金能在150～250 °C 下长期工作或在250～300 °C下短期工作；② 改善铸造性能，减小产生显微疏松和热裂纹的倾向；③ 改善焊接性能，提高焊缝强度；④ Mg-RE 系合金的耐腐蚀性不亚于其他镁合金，一般无应力腐蚀倾向。

镁合金中加入RE 元素可以提高合金的强度、塑性和耐热性能，WE43 是高塑性的高强度耐热镁合金，延伸率能达到20%。室温下WE43 合金的组织为α-Mg、Mg24Y5、Mg9Nd（或Mg12Nd）三相共存。WE43 在高性能汽车和导弹中具有广阔的应用前景。(www.xing528.com)

（5）Mg-Li 系。

在镁合金中加入轻金属锂，使合金密度降低，促使合金的晶体结构由密排六方向体心立方转变，能大大提高合金的塑性。如Mg-Li 合金中，当锂大于5.7%时，β 相在组织中出现，合金塑性急剧升高；当锂大于10%时，合金为β 单相组织，塑性远大于普通镁合金，在室温下就可塑性成形。但Mg-Li合金成本很高，限制了它在工业中的推广应用。

2. 按成形工艺

根据成形工艺的不同，镁合金可分为变形镁合金和铸造镁合金，这两种镁合金无论在组织性能上还是在成分上都有着较大的区别。

（1）铸造镁合金。

铸造镁合金是目前应用最多的镁合金，其铸造方法主要有砂型铸造、永久模铸造、半永久模铸造、熔模铸造、挤压铸造、低压力铸造和高压铸造等。铸造镁合金主要应用于汽车零件、机件壳罩和电器构件等。

铸造镁合金多采用压铸工艺生产，其主要特点是生产效率高、精度高、表面质量好、铸态组织优良、可生产薄壁及复杂形状的构件。在合金中加入铝可强化镁合金并使其具有优异的铸造性能，为了便于压铸，铸造镁合金中的铝大于3%，同样为了降低热裂倾向，铸造镁合金中的锌含量不超过2%。目前，较常见的铸造镁合金有Mg-Al、Mg-RF 等系列。然而，铸造镁合金的力学性能不够理想，产品形状尺寸存在一定的局限性且容易产生组织缺陷，导致镁合金的使用性能和应用范围受到很大限制。

（2）变形镁合金。

镁合金与铝适合冲压、锻造等变形加工工艺不同，镁的晶体结构为密排六方，塑性变形加工存在天然的困难，这也就是目前在镁合金材料中，一般铸件和压铸件占90%以上，变形加工产品不到10%主要原因。

为了使镁合金能够大量用作结构材料，开展变形镁合金的研究非常必要。镁合金的加工方式主要有挤压、轧制和锻造，由于镁合金通常为密排六方结构，常温下变形非常困难，为了得到较大变形量而不产生裂纹，镁合金通常采用热加工处理。经过变形后的镁合金缺陷减少，组织更加均匀细化、成分更均匀、内部更致密，与铸造镁合金相比，可获得更高的强度、更好的延展性及综合力学性能，而且变形镁合金的比强度也优于其他金属材料，如铝合金、钢材等，因此能够满足不同场合结构件的使用要求。常用的变形镁合金主要有Mg-Al、Mg-Li、Mg-Mn、Mg-Zn-Zr、Mg-RE 等系列。

变形镁合金的板材、挤压材以及锻件等塑性加工产品在军用飞机、航空航天、赛车等领域得到了较多的应用。

3. 按是否含铝或锆

铝、锆为镁合金中的主要合金化元素。根据是否含铝，镁合金可划分为含铝镁合金和无铝镁合金两类。由于大多数镁合金不含铝而含锆，从而镁合金也可按照是否含锆划分为含锆镁合金和无锆镁合金两大类。锆对镁合金具有强烈的细化晶粒作用，但是锆和铝、锰会形成稳定的金属间化合物并下沉，因此无法开发含锆又含铝的镁合金。

除此之外，还有新近开发的快速凝固镁合金和镁基非晶态合金。快速凝固工艺具有冷速高，能够细化合金微观组织和提高合金元素的固溶度，以及形成亚稳相或引入新相等特点而备受关注[4，5]。非晶态镁合金具有无定形原子结构，与对应的晶态合金相比，力学性能大幅度提高，合金强度和延展性得到明显改善[6-8]。此外，由于其独特的原子无序结构，兼有一般金属和玻璃的特性，呈现出独特的物理化学特性，如MgNi 合金具有储氢性能。