简介概要

日本镁合金研究进展及新技术

来源期刊:中国有色金属学报2004年第12期

论文作者:吉泽升

文章页码:1977 - 1977

关键词:镁合金;进展;新技术

Key words:magnesium alloy; process; new technology

摘    要:对日本最新发表的镁合金研究文献、日本金属学会第134次演讲会和塑性加工学会第35次演讲会上演讲者发表的关于镁合金的内容进行整理和综合,全面介绍了日本高性能镁合金材料的制备、镁合金板材棒材、成形性及高温变形特性和镁合金的防燃、防氧化与循环再生等镁合金研究的最新成果,并结合自己的研究实践,对镁合金的发展趋势进行了分析,反映了日本镁合金研究的热点问题和最新进展。

Abstract: The last published research literature of magnesium alloy in Japan, the content of magnesium alloy published in the 134th Lecture Conference of Japanese Metal Institute and the 35th Lecture Conference of Plastic Machining Institute were synthesized. The preparation technology of the high performance magnesium alloy, the shaping property of magnesium alloy plank or club, the characteristics of high temperature distortion and the new fruit of magnesium alloy including the combustion-proof of magnesium alloy liquid, the oxidation-proof of product and the regenerative circulation of die-casting water gap and leftover bits and pieces were thoroughly introduced. Prospect of magnesium alloy were analyzed on the basis of research practice. The hotspot problem and the last process on magnesium alloy in Japan were reflected on.



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 文章编号: 1004-0609(2004)12-1977-08

日本镁合金研究进展及新技术

吉泽升1, 2

(1. 哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院, 哈尔滨 150040;

2. 东京大学 生产技术研究所, 东京 153-0041)

摘 要: 对日本最新发表的镁合金研究文献、 日本金属学会第134次演讲会和塑性加工学会第35次演讲会上演讲者发表的关于镁合金的内容进行整理和综合, 全面介绍了日本高性能镁合金材料的制备、 镁合金板材棒材、 成形性及高温变形特性和镁合金的防燃、 防氧化与循环再生等镁合金研究的最新成果, 并结合自己的研究实践, 对镁合金的发展趋势进行了分析, 反映了日本镁合金研究的热点问题和最新进展。

关键词: 镁合金; 进展; 新技术

 中图分类号: TG146                文献标识码: A

Research process and new technology of

magnesium alloy in Japan

JI Ze-sheng1, 2

(1. School of Materials Science and Engineering,

Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040, China;

2. Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, Tokyo 153-8505, Japan)

Abstract: The last published research literature of magnesium alloy in Japan, the content of magnesium alloy published in the 134th Lecture Conference of Japanese Metal Institute and the 35th Lecture Conference of Plastic Machining Institute were synthesized. The preparation technology of the high performance magnesium alloy, the shaping property of magnesium alloy plank or club, the characteristics of high temperature distortion and the new fruit of magnesium alloy including the combustion-proof of magnesium alloy liquid, the oxidation-proof of product and the regenerative circulation of die-casting water gap and leftover bits and pieces were thoroughly introduced. Prospect of magnesium alloy were analyzed on the basis of research practice. The hotspot problem and the last process on magnesium alloy in Japan were reflected on.

Key words: magnesium alloy; process; new technology

   镁作为21世纪轻量化材料, 因其密度小(1.74g/cm3)、 比强度高, 可再生利用且电磁屏蔽性能优良, 使其使用量不断增加。 镁合金作为数码照相机、 摄像机、 手机壳体、 笔记本电脑壳体及其它电子产品壳体和汽车零件材料越来越受到人们的关注。 继欧美之后, 日本是镁合金研究比较先进的国家, 就镁合金的制造技术而言, 日本从原材料制造(铸造、 快速冷却和固相反应)到二次加工(轧制、 挤出、 锻造、 板材加工、 焊接和表面处理), 均以提高强度、 提高韧性、 简化工艺、 降低成本、 减少环境污染和循环再生利用为目标, 开展了大量的研究工作, 取得了许多创造性成果, 尤其以细致的研究工作和重视设备及产品开发而著称。

1 高性能镁合金材料的制备

1.1 长周期有序结构材料的制备

熊本大学采用快速凝固粉末冶金法(RSP/M)于2001年成功开发世界最强屈服强度为610MPa, 延伸率达到5%以上的Mg97Zn1Y2和Mg96Zn1Y3镁合金, 这种合金的镁具有长周期有序结构(PLSO)的特征[1], 其制作方法如图1所示。 该系统由防爆机构及高真空超声波喷雾器组成, 在大型真空罩中配有真空热压机、 自动焊接机和加热脱气装置等, 可以实现从快速凝固制作粉末、 粉末回收与分级、 脱气及封口焊接到挤出固化成型一体化。 为了使粉末不暴露于大气, 体系中需保持氧气和水分的浓度不大于5×10-7真空度或充填惰性气体。 利 用此法所得到的粉末呈球状, 当冷却速度达到105 K/s以上时, 粉末粒度可达到32μm。 将32μm以下的粉末装到铜制挤出筒中(外经23mm, 内径20mm)进行真空脱气, 在温度为573~273K、 速度为2.5mm/s、 挤出比为10的条件下挤出成型, 得到的平均粒径为100~200nm的Mg97Zn1Y2合金。 此合金以hcp-Mg为主相, 均匀分布着晶粒直径约为7 nm的Mg24Y化合物。 通常情况下镁粒子为hcp-Mg(2H结构), 而这种合金为6H结构, 通过高分辨电子显微境(HREM)分析, 认为镁粒子底面上具有ABCBCB型6H结构。 由于长周期有序结构产生了高强度和高延伸率, 因此不仅是快速凝固 材料, 铸造材料也可以生成长周期有序结构。 以镁稀土中间合金的形式将稀土加入到镁中, 制成Mg97Zn1RE2。 实验证明, Y以外的其他稀土元素只有Dy 、 Ho和Er形成长周期结构, La、 Nd、 Sm和Yb不形成长周期结构。 具有长周期有序结构的Mg-Zn-RE铸造合金, 经挤出加工后(挤出比为10, 挤出温度为623和673K, 挤出速度2.5mm/s)屈服强度达到400MPa以上, 延伸率达到5%以上。 通过TEM观察, 认为高强度与Z n和Y的局部偏析形成特殊长周期有序结构(PLSO)有关[2-9]。 这种方法的成功标志着人们可以制造出高强度镁合金, 但是这种方法的复杂性和技术的难度性使得其在镁合金批量生产方面的应用还有待进一步研究。

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图1 快速凝固法粉末制作与固化成型封闭系统

Fig.1 Sealing system of power facture and solidify molding by speediness solidification  

1.2 多次塑性加工制备超细晶粒材料

由东京大学研究开发的多次加工方法原理如图2所示[10, 11]。 这种方法是将镁合金加工成屑或粗粒粉末填充到模具内, 经单纯压缩成型后再进行挤压, 2种方式反复进行, 使材料充分搅拌和粉末充分均匀化, 在反复加工过程中, 材料固化到一起, 晶粒得到细化, 最终得到的材料为具有微细组织的成型固体。 由于这种方法的原材料像一粒粒米, 最后加工成的成品又是一个饼, 因而通常叫饼形加工方法。 用AZ31屑(约3.4mm)经上述反复加工后, 再将其热挤压加工成棒, 材料原始晶粒为100μm, 经单纯压缩加工, 其晶粒达到20~30μm , 经200次反复加工后, 平均晶粒达到5μm , 充分反应了这种方法的晶粒细化效果。 这种方法运用了Hall-Petch公式抗拉强度(σ)与平均晶粒直径的平方根倒数 1-1.jpg成直线关系的基本原理, 即直径越小, 抗拉强度越高。 Mg-Zn-Al-Ca-RE系合金具有优良的高温蠕变性能, 常温下的抗拉强度和延伸率分别为200MPa和5%。 采用这种方法加工后, 该合金晶粒由100μm细化到5~10μm, 抗拉强度达到374MPa, 延伸率达到15%。

和饼形加工法类似, ECAE(Equal-Channel-Angular-Extrusion)法[12]的基本设计思想也是Hall-Petch公式, 将镁合金在不同温度下进行等径直角挤压, 即在挤压过程中使原料的流动方向偏转90°。 经多次反复加工, 由于剪切力的作用, 晶粒破碎细化, 这种方法可使晶粒尺寸达到5~10μm, 从而在提高抗拉强度的基础上提高其延伸率。

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图2 反复塑性加工工艺流程

Fig.2 Process principle diagram of repeated plastic working

1.3 镁合金半固态材料的制备

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