各种合金成分简介

镁的物理性能当然要受每种合金元素加入量的影响。在许多情况下，这种影响大致与加入量成正比，直到达到测量该性能的温度下的固熔度极限为止。但是在大多是结构用途中，单个合金元素的处理和性能的影响比物理性能的影响更加重要。以下介绍商业镁合金中广泛使用的各种合金元素影响情况。

铝在所有合金元素中对镁的影响最大。它能改善合金的强度和硬度，并且还能增大凝固温度范围，使得合金更容易铸造。当铝的含量超过6%（重量）时，合金就变得可进行热处理，不过，商业用合金中铝的含量很少超过10%（重量）。铝含量在6%时可获得最佳强度和延展性组合。

铍尽管只能少量溶于镁中，但加入约0.001%（重量）的铍可在熔化、铸造和焊接过程中降低熔融金属表面的氧化作用。铍可以成功地用于压铸和加工合金，但在沙铸合金中的使用必须谨慎，因为它具有晶粒粗化作用。

钙是一种特殊的合金成分，有些生产厂通过加入很少量的钙来方便冶金控制。具有两种用途：当在浇注前加入铸造合金时，它可在熔融条件下和在后续的铸件热处理过程中降低氧化作用，并可提高镁板的可轧制性。钙的添加量必须控制在低于约0.3%（重量）。

铜的添加量如果超过0.05%（重量），对镁的抗腐蚀性具有不利影响。但是，铜可改善高温强度。

铁在镁合金中是最有害的杂质，因为即使有很少量的铁也可大大降低合金的耐腐蚀性。在普通商用等级的合金中，铁的平均含量可达0.01至0.03%（重量）。但是，对于要求最大耐腐蚀性的用途，则规定铁含量的上限为0.005%。

锂在镁中具有比较高的固熔度（5.5%（重量），17.0%（原子百分数）），由于其较低的密度（0.54），它作为镁合金中的合金元素能够将合金的密度降低到甚至低于非合金化镁的密度值。此外，仅需约11%（重量）的锂便可形成β相，后者具有体心立方（bcc）晶格机构（而不是密排六方晶格结构），一次提高了加工产品的可成性。添加锂将降低强度，但可提高延展性。Mg-Li合金也适于失效硬化，尽管在稍高一点的温度（例如60℃）下就会出现过时效。迄今为止，Mg-Li合金的用途相当有限。

锰对抗拉强度没有大的影响，但他可以少量的提高屈服强度。它最重要的功能是，通过出去铁和其他中重金属元素而成相对无害的金属间化合物（有些是在熔化过程中分离出来的），从而提高Mg-Al和Mg-Al-Zn合金对盐水的耐腐蚀性。锰的添加量受锰在镁中溶解度较低的影响。商业用镁合金的含锰量很少超过1.5%（重量）。当合金中含铝时，锰的固熔度将降低到约0.3%（重量）。

镍的作用与铁相似，它是镁合金中另一个非常有害的杂质，因为即使含有很少量的镍，也会大大降低合金的耐腐蚀性。在普通的商业等级镁合金中，镍的平均含量可高达0.01~0.03%（重量），但对要求具有最大抗腐蚀性的用途，则规定镍含量的上限为0.005%。

稀土金属以含铈的稀土金属混合物或含钕的稀土金属混合物的形式加入镁合金中。含铈的稀土金属混合物是一种自然形式的稀土金属混合物，它含有约50%（重量）的铈，其余部分主要是锏和钕；含钕的稀土金属混合物是一种自然形式的混合物，它含有约85%的钕和15%的镨。

添加稀土金属可提高镁合金在高温下的强度。他们还能降低焊接裂纹和减少铸造气孔，因为他们缩小了合金的凝固温度范围。

硅添加到镁合金中可提高金属在熔融状态的流动性。但是，如果合金中还含有铁的话，它会降低镁合金的抗腐蚀性。

银可提高合金对实效硬化的反应，故添加银可增强镁合金的机械性能。

钍的添加可以提高镁合金在高达370℃温度下的蠕变强度。最常用的合金含有3%（重量）的钍，并且与镁、锆或锰一同添加，钍可提高含锌合金的可焊性。

锡与少量的铝一同加入镁合金时非常有用。锡可提高合金的延展性，使合金更容易进行锤锻，因为它降低了合金在热加工过程中产生裂纹的倾向。

锌作为镁中的合金成分其有效作用仅次与铝。锌常常与铝一同加入以提高合金在室温下的强度；但是，当向含有7~10%（重量）铝的镁合金中添加大于1%的锌时，锌将会使合金的热脆性增大。锌还与锆、稀土金属或钍一同加入以产生可沉淀硬化和具有良好强度的镁合金。锌还有助于克服镁合金中可能含有的铁和镍杂质的有害腐蚀作用。

锆对镁合金具有很强的晶粒细化作用。普遍认为这是因为α-锆（a=0.322nm,c=0.514nm）的晶格参数与镁的晶格参数非常接近（a=0.320nm,c=0.520nm），在熔体早期凝结过程中所产生的富锆固态颗粒可为凝固过程中镁晶粒的非均匀性生核提供格点。

在含有锌、稀土、钍或这些元素组合的镁合金中，添加的锆用作晶粒细化剂（其用量上限为其固熔度极限）。但是，他不能用在含有铝或锰的合金中，因为它将与这些元素形成稳定的化合物。锆还将与铁、硅、碳、氮、氧和（主要是）熔体中的氢形成稳定的化合物。因为只有处于固熔状态的锆才能发挥晶粒细化作用，故可溶解的锆含量（而不是全部锆含量）对合金非常重要。

钇在镁中的固熔度比较高（12.4%），并与其他稀土元素一同添加来提高合金在温度达300℃时的蠕变强度。将约4-5%的锆加入镁中以制成商业用合金，如WE54和WE43，他能在高达250℃的温度下提供良好的高温性能。

1.4.2  工业镁合金系列

目前工业上生产的5组基本合金系列给予以下主要合金元素：锰、铝、锌、锆和稀土金属。它们可以分为以下合金系列：

·镁-锰

·镁-铝-锰

·镁-铝-锌-锰

·镁-锆

·镁-锌-锆

·镁-稀土金属-锆

·镁-银-稀土金属-锆

·镁-钇-稀土金属-锆

直到最近，钍才成为某些镁合金系列中的组份，这些合金包括：

·镁-钍-锆

·镁-钍-锌-锆

·镁-银-钍-稀土金属-锆

尽管已发现含钍合金可用于导弹和宇宙飞船中，但是由于环保的因素它以失宠，倍普遍认为已过时。例如在英国，仅含2%的钍合金也倍划分为放射性材料，需要特殊处理，这样就提高了生产这些合金的成本和复杂程度。但是，许多含钍镁零件仍在使用，并且某些替换用的铸件仍在生产。

上述合金系列通常可分为含有铝合金元素或不含铝合金元素两种。因为多数不含铝合金元素的合金含有锆添加剂，以便细化晶粒组织（镁-锰合金例外）。工业镁合金系列也可以分为无锆或有锆两大类。具体合金也可以按照产品形态分类：铸造、加工或填充金属。

多数常用工业镁合金的标称成分、典型的机械性能和其他特性示于表6（a）和（b）中。

金属转运装置包括掏渣勺、可容纳这种材料的大口软钢坩埚、搅拌器、搅炼工具和扒渣棍等。所以这些装置均应具有与坩埚相同的化学成分。

热电偶：精确的温度控制对于镁合金处理是至关重要的。建议使用铁-康铜或铬铝热电偶。安装类型应为永久式的，以便在熔化和金属处理过程的各个适当阶段进行温度测量。应使用细的热电偶，热电偶应装在用低碳钢或无镍不锈钢制成的热电偶保护套管中。

注：本文来源于中国压铸网个人会员金学春分享课件《镁合金熔炼原理与工艺》部份内容