国际材料科学与工程学术研讨会论文集
 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING

2005年7月31-8月4日， 中国  太原

镁合金的应用共性基础问题

涂铭旌

（四川大学）

摘  要：本文阐述了如何发挥镁合金性能优势和潜力问题：镁合金的应用基础问题及高性能镁合金的开发建议，目的在于提出有关工程应用及可靠性设计的共性基础问题和有关镁合金的应用开发及应用技术问题，为镁合金的广泛工程应用提供可靠性基础，并作为我国镁业做大做强及可持续发展的技术后盾。

1 目的和意义

目的：1）探讨充分发挥和利用镁合金的潜力；2）提出有关工程应用及可靠性设计的共性基础问题；3）提出有关镁合金的应用开发及应用技术问题；4）提出建立镁合金数据库的相关内容。

意义：1）镁合金开发的理论指导；2）镁合金应用可靠性的基础；3）提升国内外核心竞争力的基础技术水平；4）我国镁业做大做强及可持续发展的技术后盾。

2 如何发挥镁合金性能优势和潜力问题

1. 合金的比刚度(E/γ)，比强度(σb /γ)高,但是镁的弹性模量比铝，钢低得多，如何提高其刚度？

  • 通过镁的合金化或热处理？可行么？

  • 通过构件的结构设计（规范）？

2. 镁合金的屈服强度（σs）比铝低。

  • 提高δs的合金化及热处理等技术手段是什么？

  • 解决问题的结构设计？

3. 铸造的镁合金的屈强比（σs/σb）低，≤50-60%，不利于其强度潜力的发挥，提高σs/σb到70-85%的合金化和工艺手段又是什么？

4. 如何发挥镁的强度潜力，开发超高强度镁合金金问题。

为了满足航天和飞行器减轻重量的需要，发展超高强度（σs≥250MPa，σb≥500 MPa）镁合金的
学术思路及技术途径是什么？

5. 镁合金的塑性，冲击韧性都比铝低、改善塑性、韧性的变革性学术思想及技术途径是什么？

6. 有好些技术资料都说“镁合金的一大优势是能够承受冲击载荷”此言是否准确？是否安全？

请看：铸造镁合金的延伸率：δ5 2-10%;冲击韧性aK 0.2-0.9kgm/cm2

7. 的确镁合金很合适制造飞机起落架和轿车轮箍，有很强的承受冲击振动能力，然而它的作用机制如何？
镁合金轮箍的可靠性设计判据是哪些？

8. 镁合金有无低温脆性？值得研究澄清，回答这一十分重要的工程安全问题。

9. 如何解决镁合金金缺口敏感性大的问题？解决的思路和技术途径是什么？

注：铸性镁合金的缺口冲击韧性下降1-5 倍；ZM(Mg-Zn-Zr) σ-1=62; σ-1H=42;疲劳缺口系数1.48。

10.镁合金的表面光洁度问题。

有的资料认为“镁合金具有优良的切削加工性能，不需要磨削和抛光，即可得到光洁的表面，就疲劳缺口敏感性而言，此话值得商榷，经实验证实，如果镁合金表面不抛光，可使其疲劳强度明显下降。

11. 如何解决镁合金的尺寸敏感性问题。

已有的实验表明；ZM5 镁合金经T4 处理后的铸件厚度由15mm增大到60mm时， σb几乎下降一半，而延伸率δ5则由10%下降到2.5%即下降四倍，这种情况下合金的疲劳强度也会明显下降，如何减少镁合金的尺寸效应？

压铸镁合金，形变镁合金的尺寸敏感性又如何？

12. 如何解决镁合金的热疲劳倾向问题。

镁的另一个缺点是热膨胀系数较大，超过铁的一倍，也高于铝，在高温下，镁的膨胀系数增大，且镁合金的刚度下降很多，这些材料物理参数变化，预示着镁合金内部容易引起较大的热应力，容易产生热疲劳。如何预防？

13. 如何发挥镁的高温强度潜力？

开发高温（＞200-300℃）耐热镁合金的学术思路和技术途径是什么？

14. 关于镁合金抗腐蚀性全面评价问题

  • 镁合金最大的缺点是抗腐蚀性差。在潮湿大气，海水，有机酸，甲醇等介质中抗腐蚀性比铝合金差，这就要求开发耐腐蚀镁合金及表面防腐技术。

  • 镁合金的应力腐蚀敏感性低于铝合金，但是大多数镁合金都会发生应力腐蚀。往往以牺牲合金强度为代价来改善其应力腐蚀抗力，目前有关耐应力腐蚀镁合金以及应力腐蚀安全设计Kiscc 数据研究发表不多。

  • 镁合金可与石油、汽油、液体燃料接触

  • 镁合金可以防止高真空臭氧腐蚀

15. 镁合金不会发生晶界腐蚀吗？

有资料认为：“与铝合金不同，镁合金对晶界腐蚀是免疫的”此点有待进一步实验考证。

16. 镁合金的疲劳强度有多少潜力可挖？

ZM1 疲劳试棒表面滚压强化

未滚压前：σ-1=62 σ-1H=42MPa

滚压后： σ-1=84 σ-1=119MPa σb=245 MPa

这一研究成果如何在工程中应用？

17. 镁合金的低周应变疲劳寿命如何？

此问题研究报导极少，可又是镁合金可靠性评估的判据。

18. 镁合金裂纹体断裂力学判据的数据积累问题

KIc；JIc；JId；KIscc；

da/dn；△Kth

19. 镁合金抵抗复合失效的性能如何？

例如：

  • 发动机缸体罩盖可能因高温蚀变和热疲劳交互作用而产生复合失效。

  • 镁合金可能因腐蚀与疲劳交互作用而复合失效。

  • 其他复合失效及预防

20. 美国军方研究结果表明：“镁合金作为航天器和飞行器用材料的的另一个优点是，可以防止短电磁波和高能粒子和流星体的轰击。”

这就需要研究“镁合金的冲击波动态力学响应和高速形变动态断裂问题”

21. 关于发挥镁合金的电磁波屏蔽特性问题。

  • 屏蔽能力，什么电磁波频段？

  • 屏蔽效能，多少dB（分贝）

  • 镁合金化后的屏蔽能力如何？

22. 关于发挥镁合金的阻尼特性问题。

  • 纯镁有很高的振动阻尼性能与灰口铸铁相同，但强度很低,σb=98 MPa

  • 铸造镁合金如ZM5 的σb可达230 MPa但阻尼性能低。

  • 需要研究镁的合金化及组织设计与阻尼性能的内在关系，开发高阻尼高强度镁合金。

23. 如何发挥镁合金的贮氢特性的优势。

  • 目前国内外研究的五类贮氢合金中A2B型镁系贮氢合金的理论贮氢量和实际放氢量最高，分别为
    7.6wt%和6.1 wt%。

  • 镁系贮氢合金实际工业应用前景如何？

  • 最大的瓶颈技术问题如何解决？

3 镁合金的应用基础问题

3.1 镁合金的基础问题

24. 控制脆性向韧性断裂转化的合金组织及结构设计

25. 镁合金的相变及组织结构设计与控制基础问题

26. 稀土对镁合金综合改性的物理化学制机

27. 改善镁合金的吸放氢热力学和动力学性能的研究

28. 镁电磁波屏蔽的机理及合金化原则

3.2 镁合金工艺及强化基础

29. 获得准晶的铸造技术研究

30. 镁合金热加工过程的热模拟，位错结构，变形机制的演变及动态恢复，再结晶

31. 镁合金的形变诱导强化及利用

32. 镁合金形变强化的微观过程及强化机制

33. 镁合金的固溶强化、沉淀硬化，弥撒强化及形变强化的综合强化规律及应用

34. 镁合金组织的超细化技术及细化剂的研究

35. 镁合金的焊接性基础问题——可焊接性、焊接组织相变及相关性能，焊条的开发

3.3 失效过程、机制、判据及控制

36. 镁合金高温蠕变的微观过程，机制及控制

37. 镁合金的热疲劳及其与蠕变的交互作用

38. 镁合金的疲劳与腐蚀的交互作用

39. 镁合金的磨损与疲劳的交互作用

40. 镁合金的低周应变疲劳规律及循环强化，循环弱化的微观过程及控制

41. 镁合金的多轴疲劳规律、机制及控制

42. 镁合金的高速形变动态断裂及高速粒下撞击的动态力学响应

43. 典型镁合金构件失效分析及可靠性设计

3.4 高性能镁合金的开发建议

44. 航天、航空用超高强度镁合金

45. 汽车轮箍用抗冲击振动、冲击疲劳，耐久镁合金

46. 抗热疲劳及蠕变兼容的耐高温镁合金

47. 宽频带高电磁波屏蔽效能镁合金

48. 低吸放氢温度的镁基贮氢合金

49. 抗菌镁合金探索性开发

50. 泡末镁及三明治复合板

　

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