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文章来源:未知 发布时间:2018-11-02 08:51

  摘要:文章介绍了上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心在先进镁合金材料与成型工艺的研究进展,重点介绍了 JDM1 和 JDM2 两种镁合金新材料的显微组织与强化机制,详细介绍了涂层转移精密铸造技术、大型铸件低压铸造技术、大型锻件成型技术和表面超声波阳极氧化技术等 4 种镁合金成型新工艺,最后介绍了JDM1 和 JDM2 合金及成型新工艺在我国航空航天领域中的应用。

  镁合金作为最轻的金属结构材料,具有比强度/比刚度高、尺寸稳定、易于加工成形、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽和容易再回收等优点,因此被誉为“21 世纪绿色工程材料” 。镁合金已经成为航空航天、汽车、电子通信等工业领域的重要结构材料。在航空航天领域,镁合金被广泛应用于制造飞机、导弹、飞船、卫星上的重要机械装备零件,以减轻零件质量,提高飞行器的机动性能,降低航天器的发射成本。早在 20 世纪 50 年代,我国仿制的飞机和导弹的蒙皮、框架以及发动机机匣已采用镁稀土合金。70 年代后,随着我国航空航天技术的迅速发展,镁合金也在强击机、直升机、导弹、卫星等产品上逐步得到推广和应用。例如:ZM6铸造镁合金已经用于制造直升机尾减速机匣、歼击机翼肋及 30 kW 发电机的转子引线 稀土高强镁合金已代替部分中强铝合金,在强击机上获得应用 。目前,我国航空航天领域对减重的迫切需求为镁合金新材料的开发与应用提供了机遇与挑战。

  限制镁合金材料在航空航天领域应用主要有两个因素:1)材料强度偏低,尤其是高温强度和抗蠕变性能较差;2)镁合金铸件容易形成缩松和热裂纹,成品率低,镁合金变形件塑性加工条件控制困难,导致组织与力学性能不稳定。作为我国重要的镁合金研发和技术转移中心,上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心针对以上两个制约因素,展开了系统深入的研究,经过 20 多年的探索与开发,在新材料与新工艺方面取得了较大突破。本文重点介绍上海交通大学开发的 2 种新型镁合金材料与 4 种镁合金制备新工艺,以及其在我国航空航天领域中的应用。

  JDM1 铸造镁合金是一种低稀土含量的镁合金,其典型的室温力学性能为屈服强度 140 MPa、北京赛车平台镁资讯 丁文江院士:先进镁合金材料及其在航空航天领域中的应用抗拉强度 300 MPa、延伸率 10%,典型的显微组织如图 1所示,铸态的 JDM1 镁合金主要由镁基体(α-Mg)和离异共晶 Mg 12 Nd 相构成。固溶处理后,初生离异或析出的共晶 Mg 12 Nd 相固溶进入基体,同时在晶粒内部形成细小弥散相,如图 2 所示。这些细小弥散相为含 Zr 化合物,呈椭球状和短片状,研究表明椭球状的为 Zr-H 化合物,而短片状的为 Zn-Zr 化合物,其他含 Zr 化合物仍需进一步确认。JDM1 铸造镁合金最终使用状态为 200 ℃峰值时效态(即 T6 态),固溶处理态合金经过时效沉淀强化后合金强度进一步提高,时效沉淀强化对室温屈服强度的贡献率占60%以上(表 1),是 JDM1 铸造镁合金最主要的强化机制。200 ℃峰值时效时 β″和 β′亚稳相同时存在,分别如图 3 中黑色与白色箭头所示,以 β″亚稳相为主。图 4 为 JDM1 铸造镁合金T6 态短时高温抗拉强度随温度变化的曲线,可以看出:当温度高于250 ℃时,合金抗拉强度明显下降;而在 250 ℃及以下温度时,合金力学性能下降较小;250 ℃时的抗拉强度仍高于240 MPa。因此,JDM1铸造镁合金可以在250 ℃及以下温度使用,合金在200 ℃和100 MPa 载荷下的稳态蠕变速率在10 -9 量级水平,蠕变性能良好。

  JDM1 镁合金经过热挤压后晶粒明显细化,由再结晶晶粒、未完全再结晶组织和热挤压过程中析出的第二相组成,其中再结晶晶粒呈双峰分布,大晶粒尺寸在m 级,小晶粒尺寸在亚m 级(图 5(a)),未完全再结晶组织的[0001]面平行于挤压方向(图 5(b))。挤压态 JDM1 镁合金仍可以产生时效硬化现象,时效后合金力学性能进一步提。

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