你知道“镁合金型号”有哪些吗？

2023-06-19 09:47:37
来源：特铸杂志

镁合金分类依据镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是：

镁合金分类依据

镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。一般来说，镁合金的分类依据主要有三种，分别为合金化学成分、成型工艺和是否含锆。工业用镁的纯度可达到99.99%以上，但是纯镁不能用作结构材料。在纯镁中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等合金元素可以达到强化纯镁的目的，形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料而得到广泛的应用。

常见的镁合金体系一般都含有不止一种合金元素。但在实际中，为了分析方便，简化和突出合金中主合金元素的作用，可以把镁合金分为 Mg-Mn、Mg-Al、Mg-RE、Mg-Th、Mg-Li 和 Mg-Ag 等合金系列。

(资料图片仅供参考)

镁的合金元素

最常见的合金元素为铝（Al）、锌（Zn）、锰（Mn）。合金的基本原理如下：

铝（Al）：添加3-10%时其硬度与强度随添加比例增加。镁铸件含5～10%Al时对热处理有较佳之响应。铝元素在镁中的极限固溶度为12.7%，并且随着温度的降低显著减少，室温下的固溶度为2.0%左右，利用其固溶度的明显变化可以对其进行热处理。铝元素的含量对合金性能影响极大，随着铝元素含量的增加，合金的结晶温度范围变小、流动性变好、晶粒变细、热裂及缩松倾向明显得到改善。而且随着铝含量的增加，抗拉强度和疲劳强度得到提高。

锰（Mn）：添加少量可改善腐蚀抗，对机械性质效应极少。在镁合金中添加锰可以提高屈服强度，锰通过除去镁合金液中的铁及其他重金属元素，避免产生有害的金属间化合物来提高Mg-Al合金和Mg-Al-Zn合金的抗海水腐蚀能力，在熔炼过程中部分有害的金属间化合物会分离出来。

锌（Zn）：最多达3%，可改善强度与盐水腐蚀。锌元素在镁中固溶度约为6.2%，可提高合金应力腐蚀的敏感性与镁合金疲劳极限。Mg-Zn-Zr合金可含6%的锌，以提供高强度与良好延展性。

稀土元素（RE）或钍（Th）：中高温强度需求时添加，向镁合金中添加微量稀土元素可以起到细化晶粒的作用，稀土元素与合金元素形成强化相，可提高合金的室温性能和高温抗蠕变性能，因而常用作镁合金的变质剂。合金中通常并含锌与锆，如EZ33A-T5，HK31A-T6。

（1）Mg-Al系合金。该系镁合金是应用最为广泛的一类合金，压铸合金主要是Mg-Al系合金。为改善合金的性能如韧性、耐高温性、耐腐蚀性，以及Mg、Al系为基础添加了一系列合金元素形成了AZ(Mg-Al-Zn)、AM(Mg-Al-Mn)、AS(Mg-Al-Si)、AE(Mg-Al-RE)系列合金。AZ系列的合金在室温下具有比较良好的性能以及热强度较低与抗蠕变性能较差、变形能力方面是有一定的限制，应用方面：用于各种壳体与盖、计算机部件、汽缸盖等。

AM系列的合金由于铝和锌的元素含量减少，韧性方面提高、室温性能与铸造性能有限，主要应用在一些典型部件如汽车座部件、仪表盘、车轮毂等。AS系列的合金热强度都是比较高的，抗蠕变性能方面也比较强，不过铸造性能一般，主要应用在一些用于高温下游强度要求的部件以及抗蠕变部件，比如鼓风机壳体或者轻型机械载体。而AE系列的合金，有着较高的热强度以及抗蠕变性能，一般只能用压铸方法进行加工，铸造性能方面有些缺陷，主要应用于在高温下抗蠕变部件，比如割草机的发动机等等。（2）Mg-Zn系合金该合金具有明显的时效硬化特性，常用的有Mg-Zn-Zr合金、Mg-Zn-RE合金以及具有良好综合力学性能的新型Mg-Zn-Cu合金。（3）Mg-RE系合金稀土金属化学活性较强，具有去除有害元素(O、H、S、Fe等)及夹杂物的作用，以及改善流动性和加工性能。但是目前单稀土元素的强化效果仍不理想，而多元稀士的强化机理的研究还不够成熟。除此之外，还有其他新型镁合金，如Mg-Li合金价格较贵，主要用于航空工业。

镁合金中合金元素代号含义

目前国际上倾向于采用美国材料试验协会（ASTM）使用的方法来标记镁合金。ASTM命名法规定镁合金名称由字母—数字—字母三部分组成。镁合金：英文字母（两个）+数字（两个） +英文字母。

前面两个字母：

第一个字母：含量最大的合金元素；

第二个字母：含量为第二的合金元素；

数字：表示两个主要合金元素的含量：

第一个数字：第一个字母的重量%；

第二个数字：第二字母的重量%。

最后面的英文字母：后缀字母A、B、C、D、E为标识代号，用以标识各具体组成元素相异或元素含量有微小差别的不同合金。

如AZ91E表示主要合金元素为Al和Zn，其名义含量分别为9%和1%，E表示AZ91E是含9%Al和1%Zn合金系列的第五位。

镁合金的一些牌号有AZ31B、AZ31S、AZ31T、AZ40M、AZ41M、AZ61A、AZ61M、AZ61S、AZ62M、AZ63B、AZ80A、AZ80M、AZ80S、AZ91D、AM60B、AM50A、M1C、M2M、M2S、ZK60、ZK61M、ZK61S、ME20M、WE43、WE54、WE94等一些特殊的牌号。

ASTM镁合金命名法中还包括表示镁合金性质的代码系统，由字母外加一位或多位数字组成。合金代码后为性质代码，以连字符分开。如AZ91D-T表示热处理态Mg-9Al-Zn合金。

镁合金牌号中的性质代码

我国对镁合金的标记方法比较简单，用两个汉语拼音字母和其后的合金顺序号(阿拉伯数字)组成。合金的顺序号表示合金之间的化学成分差异。变形镁合金用MB两个汉语拼音字母表示，M表示镁合金，B表示变形；铸造镁合金用ZM两个汉语拼音字母表示，Z表示铸造，M表示镁合金；压铸镁合金虽然也属于铸造镁合金，但还是专用两个汉语拼音字母YM来表示，Y表示压铸，M表示镁合金。用于航空的铸造镁合金与其他铸造镁合金在牌号上略有区别，即ZM两个字母与代号的连接加一个横杠。

如1号铸造镁合金用ZM1表示，2号变形镁合金用MB2表示，5号压铸镁合金用YM5表示，5号航空铸造镁合金用ZM-5表示。可见，我国对镁合金标记的特点是按成形工艺划分镁合金的。

国产镁合金的牌号和主要成分

镁合金分类

镁合金也可按加工性能和方式分为铸造镁合金及变形镁合金，按合金组元不同分为AZ系（Mg-Al-Zn-Mn）、AM 系（Mg-Al-Mn）、AS系（Mg-Al-Si-Mn）、AE系（Mg-Al-RE）、ZK系（Mg-Zn-Zr）、ZE系（Mg-Zn-RE）等。无论哪一种镁合金，经不同的热处理后其性能都各有特点。

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、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，其主要特点是生产效率高、精度高、表面质量好、可生产薄壁及复杂形状的构件等，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。

常见压铸镁合金的化学成分单位：%

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制非常重要。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，与铸造镁合金相比，可获得更高的强度、更好的延展性及更多样化的力学性能，而且变形镁合金的比强度也优于其他金属材料，因此能够满足不同场合结构件的使用要求。

常见变形镁合金的化学成分单位：%

我国早期的镁合金牌号为铸造镁合金（ZM）、变形镁合金（MB）、压铸镁合金（YM）和航空镁合金等。我国铸造镁合金牌号有ZM1~7、ZM10 等，早期变形镁合金牌号MB1~3、MB5~8、MB102010-6-22等。

高压压铸(HPDC)是一种高效、低成本的精密铸造方法，高压压铸轻质镁合金零部件极具工业应用潜力。目前常见的高压压铸镁合金主要有镁-铝基（AE44）和无铝（Mg–4 wt.%RE (La,Ce,Nd)，HP2+）压铸镁合金。含铝压铸镁合金由于形成了低熔点富铝相，当温度高于175℃时合金强度大幅下降。而无铝压铸镁合金常通过添加稀土元素形成高温稳定相，使合金具有优异的高温力学性能，但最大稀土添加量通常不超过4 wt%。稀土含量过高易导致合金变脆，在压铸过程中发生热裂或粘模缺陷。

按合金中是否含锆，镁合金可划分为含锆和不含锆两大类。常见的含锆镁合金系列为：Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-Th-Zr、Mg-Ag-Zr 系。不含锆镁合金有：Mg-Zn、Mg-Mn和Mg-Al系列。目前应用多的是不含锆压铸镁合金 Mg-Al 系列。含锆和不含锆镁合金中均既包含着变形镁合金，又包含着铸造镁合金。锆在镁合金中的主要作用就是细化镁合金晶粒。含锆镁合金具有优良的室温性能和高温性能。遗憾的是Zr不能用于所有的工业合金中，对于 Mg-Al 和 Mg-Mn 合金，由于冶炼时Zr与Al及Mn形成稳定的化合物，并沉入坩埚底部，无法起到细化晶粒的作用。

下面为大家介绍几种目前使用较为广泛的镁合金牌号。

高强耐热镁稀土合金WE43

WE43是目前开发较为成功的商用稀土镁合金之一，使用温度可以达到250℃，并具有优异的室高温力学性能和较为平衡的材料成本。室温抗拉强度高达350MPa，300℃时抗拉强度仍有170MPa，可满足直升机传动系统、轨道交通动力系统、航空发动机、导弹制造、医用材料等不同层次的性能需求。

化学成分

物理化学性能

力学性能

由于稀土元素独特的物理和化学性质，添加到镁合金中，可以起到净化杂质、细化组织和合金化的综合作用，同时在高低温变化状态下能够维持强度320MPa和延伸率8%以上的力学性能，因此，该材料能够适应高、低温复杂多变服役（作业）环境，具有广泛的应用前景。

室温力学性能

高低温力学性能

高品质镁合金AZ31B

AZ31B合金属于Mg-Al-Zn系镁合金，为热处理不可强化合金，具有适中的强度、较好的焊接性能以及良好的机械加工性能等特点，是现在使用最为广泛的镁合金牌号，在航空航天、交通运输、电子通讯等领域的结构件方面均有较多应用。

化学成分