镁及镁合金ppt课件
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第2章 镁及镁合金
2.1 概述 2.2 纯镁 2.3 镁合金 2.4 镁合金的应用
2.1 概述
1808年，英国戴维，钾还原氧化镁，制得镁。 物理性质：银白色，密度1.74克/厘米3，熔点648.9℃，沸点1090℃。 电离能7.65电子伏特。 晶体结构：密排六方结构。原子半径：1.72 埃。 具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性。 热导率: 156 W/(m·K) 具有较强还原性，能与热水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光， 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，包括烃、 醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微 地或者根本不起作用。
2.2 纯镁－纯镁的特性
物理性能 比重
传热系数
膨胀系数 减振性能
比热 熔化潜热 凝固范围 腐蚀失重 3天5% NaCl
单位
AZ91
AM60
A380 DC
A356 T6
尼龙 ABS 钢
g/cm3
1.81
1.79 2.74
2.69 1.4 1.05 7.8
镁物理性能的优点
W/m·k
51
61
96
159 0.33 0.28 14
镁及其合金是加热升温与散热降温都比其他金属快。
元素
镁 铝 钛 铁 镍 铜 锌
元素在周期 表中的排序
12 13 22 26 28 29 30
原子 重量
24.3 27.0 47.9 55.9 58.9 63.6 65.4
比重
1.7 2.7 4.5 7.9 8.9 8.9 7.1
熔点
650 660 1668 1530 1453 1083 693
像氧化铝薄膜那样致密，故其耐蚀性很差。
室温强度低、塑性差：
纯镁单晶体临界切应力为4.8MPa左右，其多晶体的强度和硬度很低，不 能直接用做结构材料。
加工状态 σb／MPa σs／MPa E/ GPa
ε(％)
ψ(％)
HBS
铸态
11.5
2.5
45
8
9
30
变形状态 20.0
9.0
45 11.5 12.5
36
国2003年钢铁脱硫用镁8000吨，占总消费量的15.62%。使用镁粒脱硫效果比 碳化钙好，虽然镁价格比碳化钙高，但用量为碳化钙的1/6～1/7，镁脱硫比 碳化钙经济。吨钢消耗镁粒0.4～0.5公斤，脱硫后含硫量0.001～0.005%。
金属还原剂：如稀土合金、钛等到。 镁牺牲阳极保护阴极：防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运
消费领域 铝合金 压铸 炼钢脱硫 稀土合金 金属还原 其它 合计
消费量 2.10 1.02
0.80
0.40
0.30
0.50 5.12
2002年世界主要地区的三大用镁行业的原镁用量（单位：吨）
用镁行业 北美
铝合金 压铸 炼钢脱硫
μm/m·k
26
25.6
22
21.5 34.5 76.5 12
%@35MPa 29
52
1.2
J/l·k
1900
2640 2590
1200
kJ/l
673
1066
℃
470-595 540-615 540-595 555-615
Mg/cm/d 0.02
0.05
0.1
0.5
2.2 纯镁－纯镁的特性
机械性能
2.2 纯镁－纯镁的特性
镁为密排六方结构。熔点648.9℃。 25℃时晶格常数为：a=0.3202nm，c=0.5199nm；c/a=1.6237。
密度低，常用结构材料中最轻的金属： 20℃时密度1.738g/cm3。
体积热容比其他金属都低： 20℃时的体积热容为1781 J/(dm3·K)， 铝：2430 钛：2394 镍：4192 铁：3521 铜：3459 锌：2727
Ambient Ambient
230 220
150
165
140
82
60
34
34
6
22
1.5 3.2
3
8-15
45
45
14
65
60
0.35 0.35
A380 压铸 合金
A356 T6
尼龙
ABS
320 262 195 45
160 185 170 40
186
214 205
145 90
135
3.5 11
4
5
来源：镁存在于菱镁矿、白云石、光卤石中。每立方英里海水含有约 120亿磅镁。镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，
熔盐电解法：工业上利用电解熔融氧化镁 硅热还原法：在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁。 用途：置换钛、锆、铀、铍等金属。用于制造轻合金、烟火、闪光粉、 镁盐等。结构性能类似于铝，用于飞机、导弹中。镁在汽油燃点可燃。
%IACS （Cu=100）
40 64 3.1 18 18 100 -
2.2 纯镁－纯镁的特性
化学活性高： 潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中均会引起剧
烈的腐蚀。 干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、
汽油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。 室温下，镁表面与大气中氧作用，形成氧化镁薄膜，但薄膜较脆，也不
行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。石 油管道、天燃气、煤气管道和储罐；港口、船舶、海底管线、钻井平台；机 场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加 油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。
2.2 纯镁－纯镁的应用
2003年Leabharlann Baidu国原镁消费量（单位：万吨）
拉拉强度 屈服强度(拉伸) 屈服强度(压缩)
剪切强度 疲劳强度 0.1%蠕变强度 无缺口冲击强度 有缺口冲击强度
延伸率 弹性模量 剪切模量 布氏硬度
泊松比
单位
MPa MPa MPa MPa MPa MPa
J J % GPa GPa
条件
AZ 91D AM 60
Ambient Ambient
5×108 cyc 125℃
8 17
72 73 8.9 2.1
27 28
80 80
0.33
钢 ~330 ~200
30-50 207 83 140 0.30
2.2 纯镁－纯镁的应用
生产铝合金：铝合金中的添加元素。2002年全世界共用了14.56 万吨镁，占40%；我国2003年共用2.1万吨镁，占41%。镁与原铝 的消费比率约为0.4%。 压铸镁合金铸件：2002年原镁消费中，压铸占35%。在镁压铸中， 北美、拉美、西欧用量最多。镁合金压铸件在汽车上的使用量上 升了15%左右。 炼钢脱硫：2002年世界有5.73万吨镁用于炼钢脱硫，占总量的15.70%。我
2.1 概述 2.2 纯镁 2.3 镁合金 2.4 镁合金的应用
2.1 概述
1808年，英国戴维，钾还原氧化镁，制得镁。 物理性质：银白色，密度1.74克/厘米3，熔点648.9℃，沸点1090℃。 电离能7.65电子伏特。 晶体结构：密排六方结构。原子半径：1.72 埃。 具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性。 热导率: 156 W/(m·K) 具有较强还原性，能与热水反应放出氢气，燃烧时能产生眩目的白光， 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，包括烃、 醛、醇、酚、胺、脂和大多数油类在内的有机化学药品与镁仅仅轻微 地或者根本不起作用。
2.2 纯镁－纯镁的特性
物理性能 比重
传热系数
膨胀系数 减振性能
比热 熔化潜热 凝固范围 腐蚀失重 3天5% NaCl
单位
AZ91
AM60
A380 DC
A356 T6
尼龙 ABS 钢
g/cm3
1.81
1.79 2.74
2.69 1.4 1.05 7.8
镁物理性能的优点
W/m·k
51
61
96
159 0.33 0.28 14
镁及其合金是加热升温与散热降温都比其他金属快。
元素
镁 铝 钛 铁 镍 铜 锌
元素在周期 表中的排序
12 13 22 26 28 29 30
原子 重量
24.3 27.0 47.9 55.9 58.9 63.6 65.4
比重
1.7 2.7 4.5 7.9 8.9 8.9 7.1
熔点
650 660 1668 1530 1453 1083 693
像氧化铝薄膜那样致密，故其耐蚀性很差。
室温强度低、塑性差：
纯镁单晶体临界切应力为4.8MPa左右，其多晶体的强度和硬度很低，不 能直接用做结构材料。
加工状态 σb／MPa σs／MPa E/ GPa
ε(％)
ψ(％)
HBS
铸态
11.5
2.5
45
8
9
30
变形状态 20.0
9.0
45 11.5 12.5
36
国2003年钢铁脱硫用镁8000吨，占总消费量的15.62%。使用镁粒脱硫效果比 碳化钙好，虽然镁价格比碳化钙高，但用量为碳化钙的1/6～1/7，镁脱硫比 碳化钙经济。吨钢消耗镁粒0.4～0.5公斤，脱硫后含硫量0.001～0.005%。
金属还原剂：如稀土合金、钛等到。 镁牺牲阳极保护阴极：防腐性能好、不需外加直流电源、安装后自动运
消费领域 铝合金 压铸 炼钢脱硫 稀土合金 金属还原 其它 合计
消费量 2.10 1.02
0.80
0.40
0.30
0.50 5.12
2002年世界主要地区的三大用镁行业的原镁用量（单位：吨）
用镁行业 北美
铝合金 压铸 炼钢脱硫
μm/m·k
26
25.6
22
21.5 34.5 76.5 12
%@35MPa 29
52
1.2
J/l·k
1900
2640 2590
1200
kJ/l
673
1066
℃
470-595 540-615 540-595 555-615
Mg/cm/d 0.02
0.05
0.1
0.5
2.2 纯镁－纯镁的特性
机械性能
2.2 纯镁－纯镁的特性
镁为密排六方结构。熔点648.9℃。 25℃时晶格常数为：a=0.3202nm，c=0.5199nm；c/a=1.6237。
密度低，常用结构材料中最轻的金属： 20℃时密度1.738g/cm3。
体积热容比其他金属都低： 20℃时的体积热容为1781 J/(dm3·K)， 铝：2430 钛：2394 镍：4192 铁：3521 铜：3459 锌：2727
Ambient Ambient
230 220
150
165
140
82
60
34
34
6
22
1.5 3.2
3
8-15
45
45
14
65
60
0.35 0.35
A380 压铸 合金
A356 T6
尼龙
ABS
320 262 195 45
160 185 170 40
186
214 205
145 90
135
3.5 11
4
5
来源：镁存在于菱镁矿、白云石、光卤石中。每立方英里海水含有约 120亿磅镁。镁是在自然界中分布最广的十个元素之一，
熔盐电解法：工业上利用电解熔融氧化镁 硅热还原法：在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁。 用途：置换钛、锆、铀、铍等金属。用于制造轻合金、烟火、闪光粉、 镁盐等。结构性能类似于铝，用于飞机、导弹中。镁在汽油燃点可燃。
%IACS （Cu=100）
40 64 3.1 18 18 100 -
2.2 纯镁－纯镁的特性
化学活性高： 潮湿大气、海水、无机酸及其盐类、有机酸、甲醇等介质中均会引起剧
烈的腐蚀。 干燥大气、碳酸盐、氟化物、铬酸盐、氢氧化钠溶液、苯、四氯化碳、
汽油、煤油及不含水和酸的润滑油中很稳定。 室温下，镁表面与大气中氧作用，形成氧化镁薄膜，但薄膜较脆，也不
行、不需维护、占地面积少、工程费用低、与外界环境不发生任何干扰。石 油管道、天燃气、煤气管道和储罐；港口、船舶、海底管线、钻井平台；机 场、停车场、桥梁、发电厂、市政建设、水处理厂、石化工厂、冶炼厂、加 油站的腐蚀防护以及热水器、换热器、蒸发器、锅炉等设备。
2.2 纯镁－纯镁的应用
2003年Leabharlann Baidu国原镁消费量（单位：万吨）
拉拉强度 屈服强度(拉伸) 屈服强度(压缩)
剪切强度 疲劳强度 0.1%蠕变强度 无缺口冲击强度 有缺口冲击强度
延伸率 弹性模量 剪切模量 布氏硬度
泊松比
单位
MPa MPa MPa MPa MPa MPa
J J % GPa GPa
条件
AZ 91D AM 60
Ambient Ambient
5×108 cyc 125℃
8 17
72 73 8.9 2.1
27 28
80 80
0.33
钢 ~330 ~200
30-50 207 83 140 0.30
2.2 纯镁－纯镁的应用
生产铝合金：铝合金中的添加元素。2002年全世界共用了14.56 万吨镁，占40%；我国2003年共用2.1万吨镁，占41%。镁与原铝 的消费比率约为0.4%。 压铸镁合金铸件：2002年原镁消费中，压铸占35%。在镁压铸中， 北美、拉美、西欧用量最多。镁合金压铸件在汽车上的使用量上 升了15%左右。 炼钢脱硫：2002年世界有5.73万吨镁用于炼钢脱硫，占总量的15.70%。我