鎂合金的發(fā)展對我國有重大的戰(zhàn)略意義。我國鎂礦資源處于世界,發(fā)展鎂合金有助于緩解我國傳統(tǒng)金屬礦產(chǎn)的資源危機(jī)。鎂合金在民用領(lǐng)域的應(yīng)用,對緩解能源危機(jī)、降低污染,特別是提高“中國制造”競爭力有重大的戰(zhàn)略意義。
鎂合金汽車輪轂:2014年,山西銀光鎂業(yè)的鎂合金汽車輪轂銷售量比上年增長了三倍,主要是差異化的汽車售后市場。預(yù)計2015年會有整車企業(yè)應(yīng)用于電動客車,鎂合金輪轂的汽車可節(jié)油15%。
鎂合金座椅:東風(fēng)汽車鋁合金車身混合動力客車使用了鎂合金座椅,用鎂型材進(jìn)行焊接,零件整體減重了25.7%。
鎂合金輪椅骨架:生產(chǎn)商是山西省古交市銀河鎂業(yè)有限公司,研發(fā)制作鎂合金型材深加工產(chǎn)品的企業(yè),主要生產(chǎn)有鎂合金輪椅系列、鎂合金拐杖、擔(dān)架、折疊床、桌子等。鎂合金輪椅車架通過歐盟認(rèn)證,出口歐洲市場。
鎂合金堿性鍋:生產(chǎn)商是北京鼎盛泰來科貿(mào)有限公司,鎂合金堿性鍋重1.3公斤,重量輕,能夠中和酸性食物,導(dǎo)熱快,為肉類排酸讓食物更美味,還能為人體補(bǔ)充鎂離子,防治疾病。
鎂合金自行車一體輪:生產(chǎn)商是廣州鎂業(yè)金屬科技有限公司,已經(jīng)有國內(nèi)外自行車廠家批量供貨。其優(yōu)勢是穩(wěn)定性、彈性和減震性都很好,重量輕,低碳環(huán)保。
鎂合金戶外和休閑用品:浙江泰普森已經(jīng)開始批量生產(chǎn)鎂合金材質(zhì)的系列產(chǎn)品,在全球銷售,獲得消費者的歡迎。從2014年到現(xiàn)在,采用該類新興材料生產(chǎn)的產(chǎn)品,出口額已經(jīng)超過了3000萬美元。
鎂空氣電池:生產(chǎn)商是大連愛鎂瑞電池有限公司,鎂空氣電池使用自來水甚至喝水、污水作為電解液,其自帶的LED燈可持續(xù)照明90至100小時,一次可為20部智能手機(jī)充電。這種鎂空氣電池已經(jīng)在四川地震和尼泊爾地震搶險中作為應(yīng)急電源應(yīng)用。
同鋁合金一樣,鎂合金鑄錠也常常顯現(xiàn)裂紋,不過鎂合金的裂紋敏感性比鋁合金的輕得多,型式也有較大差別,也可以分為熱裂紋與冷裂紋,不過鎂合金的冷裂紋相當(dāng)少見,僅在MB5和MB7合金錠中偶爾出現(xiàn),因此鎂合金的熱裂紋廢品量占95%以上。
熱裂紋
鑄錠在有效結(jié)晶區(qū)間形成的裂紋稱熱裂紋。在結(jié)晶區(qū)間內(nèi)收縮困難是產(chǎn)生熱裂紋的主要原因。合金在給定條件下,凡是能縮小脆性區(qū)溫度范圍、減少脆性區(qū)內(nèi)收縮困難的因素都可以減小熱裂紋敏感性。
合金熱裂紋敏感性高低可根據(jù)其脆性區(qū)內(nèi)塑性A和線收縮ε的大小判斷,即根據(jù)溫度-塑性圖可判斷合金敏感性。還A大于0.5%的幾乎不產(chǎn)生熱裂紋。而當(dāng)A=0時則稱之為脆性區(qū),這時產(chǎn)生熱裂紋的幾率可以說是了。合金脆性的上限≤固液區(qū)的上限,而其下限則≤固液區(qū)的下限。
對鎂合金熱裂紋敏感性有影響的主要因素:合金成分與工藝因素。
化學(xué)成分
實驗證明,凡是能細(xì)化晶粒的因素都能降低合金脆性區(qū)的上限,也就是可以縮小脆性的溫度范圍。因為晶粒越細(xì),則越有利于晶間變形,減少結(jié)晶時的收縮阻力,裂紋就不會產(chǎn)生了。例如向Mg+4.5%Zn合金添加0.8%Zr,其固相線由344℃提高到550℃,脆性區(qū)縮小了206℃,同時還降低了固液區(qū)內(nèi)的線收縮和提高了固液區(qū)的塑性,這三者都有利于消除熱裂紋。
另外,凡是增大共晶量的組元,都會提高合金的固液區(qū)內(nèi)的塑性。因為增大共晶量,可增大晶界液膜厚度,從而有利于晶界變形,將大大改善補(bǔ)縮條件和裂紋“修復(fù)”條件,不但熱裂數(shù)量減少,而且程度也顯著減輕。
共晶量和裂紋敏感性并不是呈線性關(guān)系,當(dāng)共晶量小于其一極限值時,裂紋傾向性小,當(dāng)增加到某一值后,敏感性驟升,再繼續(xù)加大共晶量,則敏感性又下降,一直到零。
鎂合金的熔煉鑄造工藝與鑄錠品質(zhì)對鎂材質(zhì)量、成品率高低攸攸相關(guān),實踐統(tǒng)計證明,鎂材缺陷的75%以上都或多或少是由于鑄錠帶來的。鎂合金錠的鑄造的鑄造工藝有:鐵模鑄造,水冷模鑄造與半連續(xù)鑄造。前兩種工藝現(xiàn)在很少用了,所生產(chǎn)的錠坯還不到總數(shù)的5%。半連續(xù)鑄造法的優(yōu)點可概括為:
凝固速度快,改善了鑄錠組織,減少了成分偏析,提高了錠坯的力學(xué)性能。
由于改善了熔鑄系統(tǒng),減少了氧化夾雜及其他非金屬夾雜物,金屬雜質(zhì)含量也有所下降,合金純凈得到了很大提高。熔鑄設(shè)備對MA8合金的純凈度也有一定的影響。
合理的結(jié)晶順序,鑄錠的致密度得到提高,錠中心的疏松大幅度地下降。
錠的長度有很大提高,切頭、切尾等幾何廢料的相對量有很大減小。
實現(xiàn)了機(jī)械化或甚至半自動化生產(chǎn),勞動條件得到很大改善,勞動生產(chǎn)率顯著提高,產(chǎn)品品質(zhì)也有很大提高。
當(dāng)然,盡管半連續(xù)鑄造法的優(yōu)點很多,不可避免地也會存在一些不足之處,諸如:
鑄錠內(nèi)部因凝固速度快,會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,而合金的塑性又不大,因而裂紋傾向性大,廢品率比鐵模鑄造時的大得多,鐵模鑄造幾乎無一裂紋。
由于凝固速度快,有些合金元素如錳會產(chǎn)生較嚴(yán)重的晶內(nèi)偏析,為了消除這種缺陷,須進(jìn)行長時間的均勻化退火,因而生產(chǎn)成本上升,而且性能得不到充分的。
由于凝固速度大,液穴內(nèi)的溫度梯度也會相應(yīng)地上升,雖不利于金屬中間化合物顆料的過于長大,但卻使它易于產(chǎn)生。
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