变形镁合金强韧化与电磁—悬浮连铸技术的研究

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1、大连理工大学博士学位论文1绪论1．1引言1774年人们首次发现镁，并以希腊古城Magnesia命名llJ。1808年英国化学家SirHumphreyDaby从镁和汞的混合氧化物中提炼出含有杂质的金属镁。1828年法国科学家A．Bussy以钾还原无水氯化镁制备出金属镁。1883年MichaelFaraday首次通过电解还原氯化镁制备出纯镁。1852年德国化学家RobertBunsen建立了第一座无水氯化镁电解池12J。1886年德国GriesheimElektron公司在Stassfurt建立起世界第一家镁厂，从此拉开了镁及其合金工业化

2、生产的序幕。20世纪轻质材料的应用状况如图1．1所示。从图1．1可以看出，作为三种重要轻质材料之一的镁合金发展还存在巨大潜力。从镁及其合金的发展趋势图中可以看出，在20世纪20年代和40年代出现了两个发展相对高峰期，这主要是由于镁合金在第一、二次世界大战中的大量应用，随后又转入相对低潮期。20世纪60年代，由于镁合金在民用领域和航空航天技术应用中的突破，金属镁及其合金的应用开始平稳上升。近年来随着能源紧张、环境恶化，人们越来越注重轻量化、绿色化制造。作为一种轻型环保材料，镁合金越来越引起了人们的关注13。引。∞a2口。_a．殳芑暑勺2

3、山图1．120世纪轻质材料的应用状况Fig．1．1Productionofmaterialswithlowdensityinthe20thcentury⋯变形镁合金强韧化与电磁．悬浮连铸技术的研究镁合金是目前应用最轻的金属结构材料，其密度小(仅为铝的2／3、钛的2／5、钢的1／4)，比强度、比刚度高，具有优良的导电导热性能，良好的加工成形性能以及高回收率等特性19-15】。镁合金的优越性能使其在电子、电器、航空航天、国防军工、交通等领域都具有重要的应用价值和广阔的应用前景llbl2j。中国是世界上镁资源最丰富的国家，储量居世界首位，己

4、探明的菱镁矿保有储量30．09亿吨，约占世界探明储量的四分之一14】。中国是一个镁的资源大国、生产大国和出口大国，但不是镁的“强国”，镁的产品单一，作为原料出口占主要地位123’24J。尽快开发出具有我国自主知识产权的高性能镁合金材料及其先进加工技术，提高我国镁行业的国际竞争力，从资源优势向技术优势转化，具有非常迫切和十分重要的现实意义和战略意义125,261。特别是研究开发具有高强度、高韧性的变形镁合金，不但具有很高的学术价值，也有巨大的经济和社会效益127J。1．2变形镁合金研究现状1．2．1变形镁合金的特性及分类纯镁具有密排六方

5、晶格类型，其晶体结构如图1．2所示。a=0．3209nm，c=0．521lnm，c／a=1．6236，小于1．633。低于498K时，镁的主要滑移系为(0001)<1120>，高于498K时滑移还可以在{lOiO}<1120>上进行【引。孪晶主要出现在{1012)晶面簇上，二次孪晶出现在{3034}晶面上。高温状态下{1013}晶面上也出现孪晶。而变形镁合金是以镁为基体加入合金元素发展而来的，除个别合金元素加入后变形镁合金的晶格类型改变外，其余均具有密排六方结构。相对于面心立方晶体(12个)、体心立方晶体(48个)的滑移系，由于滑移系

6、数目较少，变形镁合金的塑性变形能力很差。20)宠、口2,lOOOU：撼【2110】么，，，＼[T9tcOOlⅪ单备惠口l／、[10TO]*“‘‘汹硼,lOOOTl图1．2镁的晶体结构及滑移系f281Fig．1．2Principleplanesanddirectionsinthemagnesiumunitcell大连理T大学博十学位论文所谓变形镁合金，是相对于铸造镁合金而言的，其实二者并没有严格的区别，有些合金既可以用作变形镁合金，也可以用作铸造镁合金。变形镁合金与砂铸、压铸镁合金的性能对比如图1．3所示。．与铸造镁合金相比，变形镁合金

7、具有更优越的力学性能，所以变形镁合金材料更具有发展前途与潜力，通过变形可以生产尺寸多样的板、棒、管、型材及锻件产品，并且可以通过材料组织的控制和热处理工艺的应用，获得比铸造镁合金材料更高的强度，更好的延展性，从而满足更多结构件的需要【291。ElongationP／n图1．3变形镁合金与砂铸、压铸镁合金性能f291Fig．1．3Tensilepropertiesofmagnesiumalloysproducedthroughdifferentmethods变形镁合金按化学成分可分为以下几类【1，4，30】：(1)Mg．A1．Zn．Mn

8、系合金Mg．AI—Zn．Mn系合金是国内外发展最早、研究较为充分的合金系，合金中Al能与Mg形成固溶体而提高合金的力学性能。该合金系主要包括AZ31、AZ61、AZ63和AZ80等。该合金系具有较高的性价比，也是目前应用