滁州稀土镁合金材料混合稀土金属

钢中添加镁可以细化夹杂物，并对氧化物、硫化物进行有效变质，反应产物不易聚合成大的簇团。但金属镁熔点、沸点低，加入钢水后迅速气化，易导致钢水喷溅事故。国内曾有个别企业尝试过向钢液中直接加入镁合金，但因为喷溅严重而放弃。山钢集团莱芜钢铁集团有限公司炼钢厂“120t转炉→LF/RH→4号CC”生产线主要生产别管线钢、船板钢、压力容器钢和高层建筑结构钢，精炼结束后一般采用钙处理，钢中检测到的夹杂物尺寸偏大。
　　东北大学的学者以热力学计算为基础，在120t钢包内进行了镁处理工业试验。结果表明采用缓释含镁包芯线技术可以实现镁合金的平稳喂入。检测到钢中w(T.Mg)=0.0010%~0.0016%。喂线过程中无钢水增氮趋势，T.O含量降低显着$降低幅度约50%，钢水洁净度明显提高。镁处理后，SPHC钢中夹杂物由氧化铝转变为镁铝尖晶石或纯的氧化镁，尺寸从3~5μm降至1~2μm，夹杂物中镁含量与镁合金喂入量呈较好的对应关系。钢中添加镁可以细化夹杂物，并对氧化物、硫化物进行有效变质，反应产物不易聚合成大的簇团。但金属镁熔点、沸点低，加入钢水后迅速气化，易导致钢水喷溅事故。国内曾有个别企业尝试过向钢液中直接加入镁合金，但因为喷溅严重而放弃。山钢集团莱芜钢铁集团有限公司炼钢厂“120t转炉→LF/RH→4号CC”生产线主要生产别管线钢、船板钢、压力容器钢和高层建筑结构钢，精炼结束后一般采用钙处理，钢中检测到的夹杂物尺寸偏大。

Mg-Zr二元相图的镁端存在包晶型反应,在此反应温度下,锆在镁中的固溶度为0.58%。包晶反应:L+α-Zr→α-Mg。α-Mg为锆在镁中的固溶体,锆的熔点很高,1852℃,不与镁形成化合物,锆在熔融镁中的熔解度很小,在包晶反应温度654℃时也只能熔解0.6%。这一特点给含锆的镁合金的熔炼带来很大困难,容易出现成分偏析。在铸造镁-锆合金及镁-锌-锆合金组织中可观察到明显的枝晶偏区,区中心锆的浓度很高,甚致是纯α-Zr质点,由中心向外锆的浓度逐渐下降。
　　铸造时冷却速度越快,晶粒核心中锆的浓度越高,与周围固溶体中锆的浓度差越大,这种晶内枝晶偏析可以通过锭的均匀化处理消除。锆在镁熔体中的溶解度很小,镁合金熔体凝固时,Zr以α-Zr质点形式析出,α-Zr与Mg均属于密集六方晶格,而且晶格常数相当接近,于是熔体中的α-Zr成为良好的结晶核心,从而可获得晶粒细小均匀的组织。锆还能减缓合金的扩散速度,阻碍晶粒长大,含0.6%Zr~0.8%Zr镁合金具有小的晶粒和高的力学性能,另外,Zr还能提高镁合金的抗腐蚀性能与高温力学性能。二元镁-锆合金铸件的强度较低,中国标准没有纳入此类合金,只有美国ASTM标准中有一种含0.7%Zr的二元镁-锆合金KIA-F,用于铸造砂型及型铸件,它有的阻尼性能。
　　由于二元镁-锆合金的性能不能满足工业应用要求,而锆又是镁的一种极有效的晶粒细化剂,因此它成为其他镁合金的一种难得的辅助合金化元素,形成一类很有实用价值的含锆的镁合金如Mg-Zn-Zr系合金与Mg-RE-Zr系合金。Mg-Zn系合金几乎个个都含有0.3%Zr~1.0%Zr,Mg-Re、Mg-Th、Mg-Ag系合金都含有这么多的锆。
　　镁-锌系合金的晶粒易长大,而锆具有细化晶粒与抑制晶粒长大功效,是铸态Mg-Zn合金极为有效的晶粒细化元素,于是Mg-Zn-Zr系合金应运而生,形成ZK系列镁合金。Mg-Zn-Zr系合金可以热处理强化,Zn是主要合金化元素,随着Zn含量的增加,合金的凝固温度区间变宽,热裂倾向增大,可焊性能变差,不可用于铸造形状复杂的铸件与制造焊接结构。
　　在GB/T19078-2003中,铸造镁-锌-锆合金有ZK51A、ZK61A合金,变形镁合金有ZK61M、ZK61S。按ASTM在关标准,Mg-Zn-Zr系合金主要有ZK21A、ZK31、ZK40A、ZK60A、ZK51A和ZK61合金。
　　向Mg-Zn-Zr系合金添加稀土元素,合金在凝固过程中可在晶界形成含稀土的化合物,提高合金的铸造性能,改善铸件组织,但是它们很稳定,在固溶处理时不易溶解,虽对铸件力学性能元明显影响,却使其略有下降,在氢气氛中固溶处理后可使性能恢复,因为固溶处理时,氢可扩散到镁固溶体中,与化合物中的稀土元素反应生成弥散的稀土氢化物质点,化合物中的锌被释放出来,重新溶于α-Mg基体中,强化合金。

通常按三种方式对镁合金分类：合金化学成分，半成品加工成形工艺，是否含锆或铝。
　　按化学成分就是按其主要合金化元素分类：Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn、Mg-Si、Mg-RE、Mg-Zr、Mg-Th、Mg-Ag与Mg-Li等二元系合金，以及Mg-Al-Zn、Mg-Al-Mn、Mg-Mn-Ce、Mg-RE-Zr、Mg-Zn-Zr等三元系合金，Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Al-Mn-Zn、Mg-Zn-RE-Zr、Mg-Zn-Zr-Ag、Mg-Al-Mn-Zn等四元合金及更复杂的多元合金，如Mg-Ag-Th-RE-Zr等五元合金，等等。
　　常规镁合金的品种虽远不如铝合金的多，也不如铜合金那么丰富多彩，但新的合金系不断涌现，性能的镁合金显露头角，一些含新合金元素的镁合金成为研究热点。
　　向现有的镁合金添量合金化元素如表面活性元素钙、锶、钡、锑、锡、铅、铋等，对合金成分进行重新设计，以获得有良好综合性能的或有某种特殊性能的新型镁合金；含（钍（Th）的新型航天镁合金已获得实际应用，如Mg-Th-Zr、Mg-Th-Zn-Zr和Mg-Ag-Th-RE-Zr合金以用于制造火箭和飞船的一些零件，取得了好的效果。不过Th是一种放射性元素，对人体健康与环境都有危害，被限制使用，有些国家如英国将含Th量大于2%的合金列为放射性材料有关管理条例与规定，这不但很麻烦，而且加大了零件的制造难度与生产成本。稀土元素可赋于镁合金一系列的性能，有望成为可以替代钍的理想的镁的合金化元素。看来，Mg-RE合金有着灿烂的应用前程。
　　按成形工艺可将镁合金分为：铸造的和变形的两大类，前者占镁消费量的85%以上，因为镁合金的加工成形性能差，生产工艺复杂，加工成本高，在很大程度上限制了它的广泛应用。这两类合金在成分与冶金组织性能方面有很大差异，铸造镁合金主要用于压铸交通运输装备、机器、电气电子产品等零配件，压铸镁合金工件具有铸造、表面品质优良、铸造组织、晶粒细小均匀、可产壁厚薄和形状复杂的工件。铝有相当高的强化效果，含铝的镁合金有良好的铸造性能，但铝的含量不得低于3%；锌也是镁合金的强化性合金元素，但合金中的含量2%则有较强的热裂倾向；Mn可与Al、Fe形成AlFeMn化合物，它的密度比镁合金熔体的大，会沉于炉底部，混入渣中，有害杂质Fe得以清除，Mn还能细化组织；稀土元素对镁合金的铸造性能入一些其他性能都有益。
　　Ni、Fe、Cu降低镁合金的抗蚀性，是极为有害的杂质，应严格控制其含量。为推广镁合在结构中的应用，宜加强对变形镁合金的研究，但由于镁为密集六方晶格，塑性变形能力比铝及铝合金的低得多，几乎不可能获得既有高的室温强度又有加工成形性能良好的镁合金，因此，早期的变形镁合金设计时要求其组织中不含或尽量少含金属间化合物，以使镁合金保持良好的塑性与高的力学性能，合金强度性能的提高主要靠合金元素的固溶强化和塑性变形引起的加工硬化。过去使用的含1.5%Mn的镁合金就是这样的合金。
　　目前，变形镁合金使用的主要合金化元素有铝、锰、稀土、钇、锆、锌，它们一方面可以提高镁合金的强度性能，另方面可改善镁合金的热变形能力，从而可以进行锻压和挤压，AZ31B、C、E合金广泛用于挤压生产，具有高的强度性能与良好的塑性，它们属Mg-Al-Mn-Zn系合金，合金元素含量相等，但杂质含量则有别。AZ31系列合金在轧制板、带材时的裂边倾向随铝含量的增大而上升，因此，AZ61合金几乎不同于轧制板、带材。
　　铝、锆是镁合金主要的合金化元素，因此可根据其是否含铝、锆将其划分为含铝的或含锆的镁合金，以及不含铝或不含锆的镁合金。锆是镁合金的很有价值的合金化元素，具有的细化晶粒作用，然而不尽如人意的是，它可与Mn、Al形成稳定的密度较大的金属间化合物，沉于坩埚或炉底部，削弱或甚至消除了应起的作用，为此除MBI5合金含锆外，其他的变形镁合金都不含锆，铸造镁合金ZM5、ZM10也不含锆。