az31镁合金管材精密成形工艺分析word格式论文.docxVIP

第1章绪论1.1引言金属镁及镁合金是当前工程上应用最轻的金属结构材料之一，具有导热性好、电磁屏蔽效果好、机械加工性能好、比强度和比刚度高、阻尼和减震性好、零件尺寸稳定等许多优点，而且镁资源丰富并且又易于回收利用，非常有利于环境保护和可持续性发展，镁资源又是21世纪重点发展对象，因此在航空、航天、计算机、电子、通讯、汽车和家电行业等相关领域都非常具有吸引力，被誉为“21世纪绿色金属结构材料”[1-4]。尽管这样，由于受材料的制备、加工技术的落后、易氧化以及价格高等因素的制约，镁合金的发展潜力与实际应用现状之间存在具大的差异，这与镁资源的储量等因素形成鲜明对比，镁合金尤其是变形镁合金的应用量仍远远落后于钢铁和铝合金[5]。近代船舶、交通、军事工业、航空、航天和高技术产业的超速发展，对具有高性能、轻量化和其他优异综合性能的先进材料的需求量不断增加，促使我们致力于新型高性能镁合金研究开发和用更先进的制备技术提高传统镁合金系（如Mg-Re系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系等）的综合性能以满足结构材料的使用要求。镁合金的研究主要经历了以下三个阶段，上世纪20年代初期至30年代后期，镁合金的开发和利用达到第一个高峰；由于第二次世界大战对轻量化军备的大量需求，在20世纪50年代，达到第二个高峰；之后进入长达40年的休整性过程。从20世纪90年代至今是第三个高峰[6]。我国的镁工业在三个方面居世界第一位。首先，我国镁储量居世界首位，是一个镁资源超级大国，有硫酸镁10亿吨、32亿吨氯化镁储藏在青海省内盐湖。世界菱镁矿的60%以上储量存储在辽宁大石桥一带地区，矿石品位高达40%；另外河南省、内蒙古自治区、宁夏回族自治区、山西省等菱镁矿都有非常大的储量。其次，我国是原镁产产量居世界第一位，2003年全年我国共生产原镁35.4亿吨，约占全球总产量的67%。第三，中国是镁金属的出口量位居世界第一，2003年，年产量的80%以上的镁出口到西欧、北美、东亚等地区[7]。我国镁产业的发展，应开发和研究附加价值高的镁合金产品和加工方法，加快步伐逐步形成一批具有自主知识产权的加工工艺技术和高性能镁合金，尽快的从资源优势转向经济优势，大力提升国际竞争力，有着十分重要和迫切的战略意义和现实意义。当前我国镁合金标准体系建设工作和镁合金发展战略研究已经全面开启。研究所、高校及企业都在扩大对镁合金相关项目的研究，基本建立了实际产业化技术研发体系，所以说镁合金的应用与研究在中国正迈进一个快速发展的时期。在新的结构材料相关生产领域，开发新技术、采用新工艺是提高结构材料性能和开发新产品的前提条件之一。挤压成形是一种节能、生产周期短、环境友好、成本低廉的成形加工技术。但是由于开展研究较晚、设备落后和制造技术不成熟等诸多因素，产业化程度很低，应用尚未普及。中国是一个镁的资源大国、出口大国和生产大国，但并不是镁的“强国”，镁合金的产品品种较少，镁作为原料出口到国外占主要方式[8]。能尽快更好的开发出具有我国自主知识产权的高性能镁合金材料及其先进加工技术，从而较大程度的提高我国该行业的国际竞争力，从资源优势向经济优势转化，提高产品的附加值，具有非常重要和迫切的现实意义和战略意义。本研究利用等温挤压成形技术，获得高表面质量、高强度、高韧性和高精度的镁合金管材，用来满足航空航天、3G产业、国防军工、交通以及民用等领域对于高性能镁合金的这种强烈需求。上述目标的实现不仅能够达到用新技术、新材料改造传统产业，提高产品性能、技术含量和市场竞争力的目的，还能推动我国从镁资源大国向镁技术、镁产品强国转变。1.2镁合金的特性及强韧化基础理论1.2.1镁的物理特性镁是地壳中储藏量较多的金属元素之一（2.1%），相对原子量为24.31，原子序数是12，在元素周期表中属第三周期、第二主族碱土类金属元素，纯镁为银白色金属，在25℃时密度为1.738g/cm2，熔点为651℃。镁在地球上存在的元素中含量居第八位是最有工业用途的金属之一[9]，使用价值仅次于铝（地壳含量8.1%）、铁（地壳中含量5%）位居第三位。纯镁具有密排六方晶体结构的晶体（HCP），可以与多种元素形成固溶体。对镁合金固溶体的类型影响因素有很多，比如晶体结构、电化学和其原子价态原因。根据Hume-Rothery规则，如果溶剂原子与溶质的半径差小于15%就较为可能生成固溶度大的固溶体。相对于镁来说合乎这一原则的合金化元素应出现在图1- 1所示的带状区域[10]。图1-1 与镁原子半径之差小于15%的元素示意图Fig.1-1theelementsatomicradiusislessthan15%withmagnesium首先，原子价态的差异会对合金元素在镁中的固溶情况产生较大的影响，元素的原子价态与镁的价态之差越小，那么固溶度就越大，甚至会趋于