从工艺角度来讲,纯镁没有意义,只有在添加铝、锌、锰和锆后才能成为可以利用的合金。锌可提高镁合金的韧性,降低缺口应力集中敏感性;铝可提高强度,改善时效硬化性能;锰可改善焊接性,提高抗腐蚀能力;锆则可改善耐高温性能。
由于镁晶体结构为密排六方,它更适合采用砂型铸造、金属型铸造和压力铸造的方法来加工。在凝固时,由于镁收缩很厉害(约4%),会产生微疏松(粗糙晶体组织),其结果是韧性不降,缺口敏感性上升,通过采用挤压铸造方法(压力铸造,充型速度较慢,并且在高压下进行)可以避免该缺点。通过补缩可以加工出近净形部件,具有很高的尺寸精度和强度。在焊接的时候需要注意的是,虽然可以采用多种焊接方法,但是焊接连接处易形成热裂和显微缩孔;在加工比较大的构件时,要进行预热。另外,可以采用热轧(温度在250~450℃)生产镁板材以及挤压型材(230℃)。
表6-4是部分镁变形合金与镁铸造合金的力学性能值一览表。这些性能在温度区间-80~100℃几乎不变,100℃过后强度值则急剧降低。镁合金使用温度上限一般为150℃。
表6-4 镁合金的力学性能
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为了提高强度,也可对镁合金进行热处理。常用的方法为扩散退火(以溶解较脆的固溶体)、人工时效(生成细小的弥散沉淀物)、去应力退火(消除内在应力)。用于有色金属的时效硬化处理方法在用于镁合金时会导致其伸长率和疲劳强度下降。
对于在振动应力载荷下使用的构件来说,一些镁合金的耐久性甚至好于绝大多数的高强铝合金,这是镁合金一个很好的使用性能。图6-6给出了两者的比较。
在汽车制造中,用于长时间动态应力载荷的轻量化构件(如变速器)优先采用镁合金进行生产。由于镁合金的脆性,其断裂行为要比铝合金的突然得多,在断裂前会呈现非常明显的塑性变形阶段;因此,镁的破坏允差很小。所有镁合金的一个共同的弱点是对腐蚀的敏感性比较高。由于镁是最易被腐蚀的工程金属,在每种材料组合中,镁都会被“吃掉”。
图6-6 铝合金与镁合金的弯曲交变强度值
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