大量研究集中在广泛使用的AZ系列镁合金的MDF工艺上,包括AZ80,AZ31,AZ61和AZ91合金。AZ80合金应该是工业中常用的商用镁合金之一。AZ80合金的开发成本低,因为没有添加稀土(RE)元素。张金龙等人在400 °C下通过24次MDF制备了极限抗拉强度为333.8 MPa,失效伸长率为17.8%的AZ80合金块,并表明由于锻件之间的加热,在MDF后期锻造道次增加,微观组织不会继续细化。周小杰等在初始锻造温度为360 °C,累积应变为1.8的情况下,用MDF制备了极限抗拉强度为388 MPa,失效伸长率为6.8%的AZ80合金。他们发现广泛的动态降水加剧了随后的老化效应。迄今为止报道的大多数MDF工艺都是在高温下进行的,因此可以实现更大的累积应变。然而,对于商用镁合金,如果不添加稀土元素,由于广泛的动态再结晶(DRX)和动态恢复(DRV)等软化机制,很难通过高温MDF开发高强度样品。一些学者提出了可以在室温下通过MDF开发的商用镁合金。Miura等研究了室温下MDF对挤压AZ80合金力学性能的影响,由于晶粒细化从20 μm到0.3 μm,MDF制备的 AZ80样品的屈服强度达到530 MPa,极限抗拉强度达到650 MPa。但报告的屈服强度和极限抗拉强度是真实应力,通常,锻件的强度是使用工程应力评估的。该过程只能通过一次锻造过程中的非常小的应变来实现,从而限制了其工业用途。此外,镁合金由于其可锻性差,在室温下锻造时容易开裂。
镁压铸件的前景非常好。根据Ducker在2021年8月的报告,汽车中镁铸件的平均使用量将从2016年的每辆汽车3.6千克增加到2030年的每辆汽车11.5公斤。这里提到的压铸件以及车门内件将构成这一增长的大部分[3]。
目前镁锻件在汽车中的使用受到严重限制。镁锻件的主要用途是生产车轮。镁似乎是车轮生产的天然材料,因为更轻的车轮有很多好处。重量轻的车轮确保小的滚动阻力、大的加速和制动效率以及佳的燃油经济性。目前,锻造镁合金轮毂可用于赛车,甚至被强制用于方程式赛车。然而,镁合金车轮并不常用于任何街道车辆,尤其是那些在雪季撒盐时需要在街道上行驶的车辆。
镁合金作为一种轻量高强的金属材料,在工程领域中日益受到关注和重视。它以其低密度、高比强度和的机械性能成为未来材料之选。镁合金的背景和意义,介绍镁合金的特点及其在各个领域的应用,以及制备和改进的相关技术。通过对镁合金的全面解析,我们可以更好地了解这一新型材料的潜力和前景。
镁合金的密度较低,约为铝合金的2/3,钢铁的1/4,因此它是一种非常轻量化的材料,适用于那些对重量要求较高的应用。
它在轻量化的同时具有较高的强度,使得它在许多工程领域可以代替传统材料,提高结构的强度与稳定性。
它具有的导热性和导电性,适用于一些需要散热或导电性能的应用,电子设备或汽车零部件。
它具有较高的比强度,即单位质量下的强度较大,使其成为航空航天、汽车工业等领域轻量化设计的理想选择。
它不仅具有高强度,而且其刚度也较好,这使得它在一些对结构刚度要求较高的应用中表现出色。
它具有较高的强韧性,即在承受一定载荷的情况下不易发生断裂或变形,这使得它在高应力场合下表现出色。
由于镁合金的低密度特性,使用它可以大幅降低结构重量,进而减少能源消耗、提高运载能力,具有显著的节能环保效果。镁合金的加工性能良好,易于进行切削、钻孔和车削等加工操作,有利于制造复杂形状的零部件。
镁合金可以通过压铸、挤压、锻造等多种成型方法,实现复杂形状零部件的大规模生产。镁合金在高温下依然具有良好的塑性和抗变形性,有利于热加工和成形。
科学家和工程师通过添加合金元素或进行表面处理等方式,有效改善了镁合金的腐蚀性能,使其适用于更广泛的应用场景。
镁合金是一种环保材料,它可以与环境中的氧气和水进行反应,生成氧化镁和氢气,不会产生对环境有害的废弃物。镁合金具有很好的可回收性,对于节约资源和保护环境具有积极意义。
它作为轻量高强的未来材料之选,具有诸多优势,包括高强度与轻量化优势、良好的加工性能和成型性,以及其耐腐蚀性与环保特点。
这些优势使得镁合金在航空航天、汽车工业和医疗设备等领域拥有广泛的应用前景,同时也为材料科学领域的研究者带来了新的挑战和机遇。
航空航天器的发动机和动力系统工作在高温环境下,因此材料需要具有良好的高温稳定性和抗氧化性。航空航天工业要求材料具有的耐磨性和疲劳寿命,以确保航空器和航天器的长期可靠运行。
镁合金常用于飞机的机身结构,如机身壁板、梁和框架等。由于镁合金的轻质化优势,它可以减轻飞机的整体重量,提高燃料效率和飞行性能。
它也被广泛用于飞机的起落架系统。镁合金具有的强度和耐腐蚀性,在起落架中可以承受高压和冲击载荷,同时也能应对复杂的环境条件。
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