镁
镁是一个年轻的金属,20世纪才发展起来。它呈银白色,熔点649℃,质轻,密度为1.74克/厘米3,约为铜的1/4、铝的2/3;其化学活性强,与氧的亲合力大,常用做还原剂,去置换钛、锆、铀、铍等金属。粉状或细条状的镁,在空气中很易燃烧,燃烧时发出眩目的白光。镁与氟化物、氢氟酸和铬酸不发生作用,也不受苛性碱侵蚀,但极易溶解于有机和无机酸中。镁能直接与氮、硫和卤素等化合。金属镁无磁性,且有良好的热消散性。
镁是地壳中含量高、分布广的元素之一。具有工业价值的矿物有;花菱镁矿、白云石、光卤石。另外,海水也将成为镁资源产地。工业上利用电解熔融氧化镁或在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁,前者叫做熔盐电解法,后者叫做硅热还原法。
物理性质:质软,熔点较低,成银白色。镁是一种柔软有光泽的金属。
将镁坯锭加工成材。主要的加工方法有轧制、挤压、锻造等;产品主要有板材、棒材、型材、管材、锻材等。镁的化学性质活泼,容易氧化,耐蚀性差,熔炼、铸造以及加热时,必须采取防护措施,并要注意安全。在加工过程中,坯料和所获得的产品表面要氧化处理,涂油包装。除镁锂合金外,大多数镁合金为密排六方点阵结构,在室温下,塑性变形能力差,但在200℃以上加工,由于滑移系增加以及发生恢复、再结晶软化,使镁及镁合金具有较高的塑性,所以一般要用热加工或温加工工艺。镁合金在加工时易形成粗大晶粒,会使力学性能变差,熔炼时,必须采用细化晶粒措施。
熔炼 镁及其合金的熔炼常用反射炉和坩埚炉。反射炉具有熔化速度快和操作机械化的特点,适于大规模生产。因为镁和氧的亲和力很强,极易燃烧,所以熔炼技术的关键在于防止炉料燃烧。整个加热过程须用熔剂覆盖炉料。熔剂以氯化镁、氯化钾为主,并加入少量氟化物。为防止镁合金熔体的氧化,常加入0.02%的铍。镁合金精炼主要是去除非金属夹杂物。通常使用熔剂精炼,用量约为炉料的1%。为使熔渣沉于炉底,精炼后的熔体需静置一段时间再进行铸造。为防止部分镁合金组织不均匀和出现柱状晶、扇状晶以及粗大晶粒,熔炼时应加入变质剂以改善和调整晶粒组织,并消除少量熔点高的铁、铜、锰金属夹杂物。
铸造 常用半连续铸造的方法,以获得供塑性加工的坯锭。为防止镁熔体的燃烧和产生氧化夹渣,铸造应在保护气氛下或在封闭系统内进行。保护气氛通常为二氧化硫气体(但要注意二氧化硫对设备的腐蚀性)。二氧化硫在流动液体表面形成致密的硫化镁薄膜,可防止结晶器内镁熔体的氧化。封闭熔铸也可采用氩气保护。铸造时进行电磁搅拌可得到细晶组织并能有效地减少热裂纹。一般情况下,合理选择结晶器高度、铸造速度以及适宜的冷却速度可避免坯锭开裂,特别在铸造扁坯锭时,应使断面均匀冷却。
镁合金的熔炼和铸造都必须注意安全。如熔炼时用潮湿熔剂,或铸造时熔融金属直接与水接触,都会引起爆炸。
轧制 通常用平辊轧制板材。一般用块片式生产,也可用成卷式生产。主要工序为:热轧、粗轧、中轧和精轧。厚板和中板 (6~21毫米)可采用热轧直接轧制成品;薄板(0.5~5毫米)常采用多次加热温轧工艺生产。除MB1和MB8镁锰合金外,坯锭在热轧前须进行均匀化处理,以保证组织均匀并消除铸造应力,从而提高工艺性能。轧前的坯锭加热应在循环通风电炉内进行。加热前需铣面,尤其要注意去除毛刺,以防止由毛刺引起燃烧。 热轧或温轧前必须预热轧辊,温轧薄板的轧辊常采用电感应方式预热。为清除轧辊表面氧化物,可向辊面喷射适量的润滑剂或水基乳液,以免沾污板材,影响板材表面光洁度。热轧板坯或卷料,须经清洗和化学处理清除表面氧化膜后,方可进行薄板轧制。薄板温轧温度应低于150℃。成卷式轧制时,不加润滑,一次轧成,加工率可达到30~60%。而块片式生产时,道次加工率一般小于30%,压下量过大会引起变形不均而影响表面质量。两次加热间的总加工率为30~80%。
板材的精整一般在低于退火温度50℃的条件下进行,采用平板加压法,压强为0.03~0.07kgf/mm2,可取得良好效果。对MB8镁锰合金,厚度大于4mm的板材,可在多辊矫直机上矫直,工作温度应高于100℃。为保证板材的表面质量,提高耐蚀性,成品板材需进行机械清刷和化学氧化处理。
挤压 挤压方法有正向挤压、反向挤压、润滑挤压和无润滑挤压,可生产各种断面的型材、棒材、管材和空心制品。
坯料的加热温度和时间必须严格控制。一般加热温度不超过450℃;加热时间要少于 3~4小时。坯料在加热过程中应避免同铝合金接触,特别要防止因局部过热而引起燃烧。挤压温度、速度和变形率都会显著影响制品的性能。挤压速度过快,会增大变形热效应,促进粗晶的形成,影响制品的力学性能。在较低的温度下挤压,可使制品获得较高的和均匀的力学性能。为减少各向异性,直接做结构材料的挤压制品,变形量不应小于90%,做锻件坯料的挤压变形量不应小于60%。挤压制品应采用加温矫直,残余变形量不应大于3%。小断面的挤压制品可直接通电加热,进行拉伸矫直。
锻造和模锻 变形温度、变形量、变形速度对工艺塑性的影响很明显。低强合金(MB1)和中强合金(MB2、MB8)具有较高的塑性,变形速度范围较宽。高强合金(MB15)的塑性随变形速度的提高而显著下降,一般用挤压棒材做坯料,以取得较好的工艺塑性。锻造前模具须预热,预热温度为150~300℃。
模锻一般在压力机上进行,分预模锻和终锻两步。预模锻为终锻提供锻坯,坯料的变形率为40%。终锻是使制品达到所要求的尺寸。为使制品加工硬化和获得细晶组织,一般在较低的温度进行终锻。模锻用锭子油(或矿物油)和石墨(或工艺黄蜡)的混合物作润滑剂。模锻制品可用喷丸法进行表面强化并提高表面光洁度。
热处理 有退火处理和人工时效处理(见脱溶)两种:①不可热处理强化的合金,最终热处理为退火。退火可使制品获得适宜的力学性能和减弱各向异性。镁合金的加工制品的晶粒大小对性能有明显影响。为防止晶粒粗化,一般退火温度为350~370℃,加热速度越快越好。加工硬化的镁合金在160~210℃之间进行低温退火,可提高合金的伸长率和耐蚀性。②可热处理强化的合金(如MB6、MB7、MB15等)制品的最终热处理为淬火加人工时效处理。MB15合金也可在热挤压后直接进行人工时效处理。淬火温度一般为370~420℃,淬火介质有空气和水(70~100℃)。在热水中淬火,制品的力学性能比在空气中淬火好。