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高导热镁合金型材是一种新型的轻质材料,具有的导热性和机械性能,被广泛应用于各个领域。GB/T38714-2020《高导热镁合金型材》为高导热镁合金型材的生产和应用提供了技术规范。
高导热镁合金型材的主要特点是导热系数高、密度低、机械强度高、成形性好等。这些特点使得高导热镁合金型材非常适合用于制造各种设备和工具。例如,在电子产品制造中,高导热镁合金型材可以用于散热器、散热片等部件,有效降低了电子产品的温度,延长了使用寿命。
此外,高导热镁合金型材还可以用于汽车制造中的发动机舱盖、底板等部位,可以提高汽车发动机的效率和安全性。在工业生产中,高导热镁合金型材还可以用于制造航空航天设备、化工设备、军事装备等重要领域。
GB/T38714-2020标准规定了高导热镁合金型材的化学成分、力学性能、表面质量等指标要求,为高导热镁合金型材的应用提供了技术保障。在生产过程中,需要严格控制合金的化学成分和加工工艺,以确保高导热镁合金型材具有的机械性能和导热性能。
总之,高导热镁合金型材GB/T38714-2020在工业生产中的应用非常广泛,具有的市场潜力。未来随着科技的不断进步,高导热镁合金型材的性能将会更加,应用范围也将进一步拓展。
镁合金的发展对我国有重大的战略意义。我国镁矿资源处于世界,发展镁合金有助于缓解我国传统金属矿产的资源危机。镁合金在民用领域的应用,对缓解能源危机、降低污染,特别是提高“中国制造”竞争力有重大的战略意义。
镁合金汽车轮毂:2014年,山西银光镁业的镁合金汽车轮毂销售量比上年增长了三倍,主要是差异化的汽车售后市场。预计2015年会有整车企业应用于电动客车,镁合金轮毂的汽车可节油15%。
镁合金座椅:东风汽车铝合金车身混合动力客车使用了镁合金座椅,用镁型材进行焊接,零件整体减重了25.7%。
镁合金轮椅骨架:生产商是山西省古交市银河镁业有限公司,研发制作镁合金型材深加工产品的企业,主要生产有镁合金轮椅系列、镁合金拐杖、担架、折叠床、桌子等。镁合金轮椅车架通过欧盟认证,出口欧洲市场。
镁合金碱性锅:生产商是北京鼎盛泰来科贸有限公司,镁合金碱性锅重1.3公斤,重量轻,能够中和酸性食物,导热快,为肉类排酸让食物更美味,还能为人体补充镁离子,防治疾病。
镁合金自行车一体轮:生产商是广州镁业金属科技有限公司,已经有国内外自行车厂家批量供货。其优势是稳定性、弹性和减震性都很好,重量轻,低碳环保。
镁合金户外和休闲用品:浙江泰普森已经开始批量生产镁合金材质的系列产品,在全球销售,获得消费者的欢迎。从2014年到现在,采用该类新兴材料生产的产品,出口额已经超过了3000万美元。
镁空气电池:生产商是大连爱镁瑞电池有限公司,镁空气电池使用自来水甚至喝水、污水作为电解液,其自带的LED灯可持续照明90至100小时,一次可为20部智能手机充电。这种镁空气电池已经在四川地震和尼泊尔地震抢险中作为应急电源应用。
同铝合金一样,镁合金铸锭也常常显现裂纹,不过镁合金的裂纹敏感性比铝合金的轻得多,型式也有较大差别,也可以分为热裂纹与冷裂纹,不过镁合金的冷裂纹相当少见,仅在MB5和MB7合金锭中偶尔出现,因此镁合金的热裂纹废品量占95%以上。
热裂纹
铸锭在有效结晶区间形成的裂纹称热裂纹。在结晶区间内收缩困难是产生热裂纹的主要原因。合金在给定条件下,凡是能缩小脆性区温度范围、减少脆性区内收缩困难的因素都可以减小热裂纹敏感性。
合金热裂纹敏感性高低可根据其脆性区内塑性A和线收缩ε的大小判断,即根据温度-塑性图可判断合金敏感性。还A大于0.5%的几乎不产生热裂纹。而当A=0时则称之为脆性区,这时产生热裂纹的几率可以说是了。合金脆性的上限≤固液区的上限,而其下限则≤固液区的下限。
对镁合金热裂纹敏感性有影响的主要因素:合金成分与工艺因素。
化学成分
实验证明,凡是能细化晶粒的因素都能降低合金脆性区的上限,也就是可以缩小脆性的温度范围。因为晶粒越细,则越有利于晶间变形,减少结晶时的收缩阻力,裂纹就不会产生了。例如向Mg+4.5%Zn合金添加0.8%Zr,其固相线由344℃提高到550℃,脆性区缩小了206℃,同时还降低了固液区内的线收缩和提高了固液区的塑性,这三者都有利于消除热裂纹。
另外,凡是增大共晶量的组元,都会提高合金的固液区内的塑性。因为增大共晶量,可增大晶界液膜厚度,从而有利于晶界变形,将大大改善补缩条件和裂纹“修复”条件,不但热裂数量减少,而且程度也显著减轻。
共晶量和裂纹敏感性并不是呈线性关系,当共晶量小于其一极限值时,裂纹倾向性小,当增加到某一值后,敏感性骤升,再继续加大共晶量,则敏感性又下降,一直到零。
铸锭凝固时,随着冷却速度的加大,减小了脆性温度区间,提高了固液区的金属的塑性,有利于减少热裂纹。晶粒粗大的凝固着的锭的脆性温度也较大。过热合金熔体将使晶粒粗化,加大脆性温度范围,降低合金的塑性,从而加大脆性敏感性。
晶粒形状也对脆性区范围和固液区的塑性大小有影响,柱状晶的不但脆性区较大,且其固液区的塑性也较低,因而易形成热裂纹。
铸造速度、铸造温度、冷却强度、铸锭尺寸及形状都对铸锭凝固速度有着直接影响,因而直接影响铸锭的内应力、脆性区大和固液区的塑性。在铸造镁合金锭时,不能同时不适当地加大铸造速度与冷却强度,否则会加大热裂纹敏感性。镁合金有较大的热裂纹敏性,裂纹的分布形式主要与工艺条件有关,常见形式有表面裂纹和发状裂纹。
冷裂纹
铸锭中的冷裂纹是在凝固以后形成的,是当铸锭冷却到低于不平衡固相线温度以下时,由于铸锭收缩困难造成的,即取决于当时铸锭的内应力大小和塑性高低。铸造应力可分为热应力、相变应力和收缩阻力。在连续铸造时,镁合金的相变应力可不考虑,主要是其余的两种应力,但是收缩力也不大,同时可调控,因此,热应力是主要的,所以冷裂纹取决于在固态时铸锭内部热应力的大小和塑性高低。
热应力的产生是由于铸锭内外各层间的收缩不同步与收缩系数的相异,例如直径530mm MB15合金圆锭,在铸造速度为33.6cm/min时,中心部分的平均冷却速度为48℃/min,而外表层的为58℃/min,这种差别必然导致收缩系数不一样,另外各层的收缩时间也不同步,表皮先收缩,中心后收缩,这就会使铸锭内部产生应力。一旦这种热应力超过铸锭的屈服Rp0.2,就会形成冷裂纹。
热应力大小除与线膨胀系数α及温差有关外,还与合金的正弹性模E有关,镁合金的E小,只有45000N/mm2,热应力也会小一些。另外,在镁合金铸造过程中所允许的结晶速度较低,产生的热应力不大,故镁合金铸锭产生冷裂纹的几率不高。
镁是轻的结构材料,优点多,随着汽车对产品轻量化和节能减排等要求的提高,为镁的发展创造了大好机遇,成为世界一些国家开发与研究的热门课题,但是国际上对镁及镁合金产品生命周期的环境影响还缺乏全面系统的分析和评价,这也成为制约其大量使用的一个重要因素。目前,德国、澳大利亚和中国等的冶金科学家和材料界人士正致力于原镁提取工艺过程及其产品的LCA研究,取得了可喜的成果。2003年澳大利亚科学家的研究表明,电解法提取原镁的温室气体排放为20.4~26.4kgCO2当量/kg·Mg,而中国皮江法炼镁(含生产硅铁的电耗)的为37~47kgCO2当量/kg·Mg,后者的约为前者的2倍,这成了国际上对中国皮江法炼镁环境影响的负面评价。然而,北京工业大学材料环境协调性评价中心新的研究结果表明,2009年中国较的皮江炼镁法的温室气体排放强度为25.6kgCO2当量/kg·Mg,几乎与电解法的平均水平相当,而且还有进一步降低的空间。这得益于原镁提取过程中采取了综合的节能减排措施,例如全面改造炉窑,采用清洁能源、蓄热式高温空气燃烧技术及余热利用技术等。
与铝工业的LCA研究工作相比,对镁及其产品的LCA研究还处于初级阶段。铝、镁等轻质材料是减重的佳材料,对于以汽车为代表的交通运输工具轻量化、节能减排具有十分重要的意义。国际铝业协会在一份报告中称,汽车质量每减轻10%,油耗可降低6%~8%,有研究指出,汽车多用1kg铝在服役期间排放的CO2就可以下降约20kg;如果每辆汽车使用70kg镁合金,每年排放的的CO2可减少30%以上。
中国在发展镁合金方面特别是对镁-稀土合金的研发居世界地位,受到全球刮目相看,除了前面谈的一些成就,主要成就还有:
低成本非稀土镁合金
目前发展的新型镁合金的85%以上都或多或少含有稀土,它们的价格昂贵,提高了合金的价格,使其身价倍增,但在性价比上却大打折扣,推广应用不易。因此,研发低成本非稀土型的镁合金显得非常必要,中国在发展这类合金方面也取得了非凡的成就,,如上海交通大学的ASZ511Sb合金、AT72合金、AX51合金。
ASZ511Sb(Mg-5Al-1Zn-1Si-0.6Sb)合金,它是一种金属型重力铸造合金,不含合金元素,其主要合金元素为铝、锌、硅,还含有少量的锑与微量的稀土,用于金型重力铸造,铸件的室温屈服强度95N/mm2,抗拉强度Rm=235N/mm2,伸长率A=12%。合金的显微组织为α-Mg+共晶体,其晶体中的Mg2Si呈汉字状,Sb的加入显著细化了Mg2Si,使它成为均匀分布的颗粒。该合金在200℃、50N/mm2条件下的抗蠕变强度与稀土耐热镁合金AE42(Mg-4Al-2RE-0.2Mn)合金的相当,因此可以在100~150℃的温度下长期工作。该合金在5%NaCl盐雾试验时的腐蚀速率比AZ91D合金的低10%。
AT72铸造镁合金也是上海交通大学研发的,用于金属型重力铸造,以铝、锡为主要合金元素,还含有锌、锰、稀土等微量元素,金属型重力铸件的室温屈服强度Rp0.2=90N/mm2,抗拉强度Rm=225N/mm2,伸长率A=7%。铸态合金的显微组织以α-Mg固溶体为基体,其中分布着离异共晶Mg17Al12和少量的Mg2Sn,固溶处理后,Mg17Al12溶入基体,但仍有少量的Mg2Sn相。该合金的铝含量不多,有较好的压铸成形性能,与AZ91D合金的相当,但因铝的含量少,仅7%,重力铸件的时效强化效果较弱。AT72-T5合金压、铸件的室温力学性能:屈服强度Rp0.2=125N/mm2,抗拉强度Rm=225N/mm2,伸长率A=4.5%。该合金的抗腐蚀性能与传统AZ91D合金的相当。
AX51合金是一种压铸合金,以Al、Sr为主要合金元素,Ti为次要合金元素,是上海交通大学研制的,重力铸件的典型组织为α-Mg+共晶体(α-Mg+Al4Sr),含钛的Mg-5Al-1Sr合金的显微组织发生了明显的变化,晶界上的共晶组织由粗大的层片状转变为球状与短棒状,因而力学性能有较大提高。AX51合金压铸件的典型力学性能:屈服强度Rp0.2=138N/mm2,抗拉强度Rm=270N/mm2,伸长率A=7%。Mg-5Al-1Sr-Ti合金在175℃/70N/mm2的稳态拉伸蠕变速率比不含Sr、Ti合金的小1个数量级。