镁合金基本性质

镁合金基本性质 (一)鎂合金的基本性質 根據ASTM-B275所訂定的鎂合金命名標準,其系列名稱可分為三部分,如表(一)所示: 表(一) ASTM-275 鎂合金命名規則 第一部分 第二部分 第三部分 顯示兩種主要合金元素 表示主要合金元素含量 區分主要合金元素含量相目 同之不同合金. 的 用兩個英文字母表示最多用兩個數字表示第一部份所由一個英文字母表示其成表 與次多之合金元素(若百示合金元素的百分比含量 為標準之序列號 示 分比相同,則按字母的順法 序排列) A=Aluminum 整數 (四捨五入) A=第一種標準成分 E=Rare Earth B=第二種標準成分 H=Thorlum C=第三種標準成分 符 K=Zirconium D=高純度合金 M=Manganese 號 E=高抗蝕性合金 Q=Sliver XI=未在ASTM登記的合說S=Silicon 金 T=Tin 明 Z=Zinc W-Yttrium 例如AZ91D中,AZ表示主要合金元素為鋁.鋅,且鋁合量較鋅為高,9表示鋁含量約從8.6Wt%~9.4wt%,1表示鋅含量約為0.6wt%~1.4wt%,D表示此合金為高純度,鐵.鎳.銅等雜質含量極低,且鐵與錳的比例嚴格控制,以得到最佳的抗腐蝕性. (二)壓鑄用鎂合金 鎂合金系列林林總總,但不是都適合以壓鑄來成型,不同的成份造成合金的主要特性有所不同,目前壓鑄所使用的合金主要是以鎂-鋁-鋅系列為主,例如AZ91,此合金具有優良的機械性質,且鑄造性極佳,此外如AM60B,適用需要延性及衝擊強度的情況下;AS41B 高溫強度優異,具抗潛變的能力,可以使用於175C高溫環境,表(二)(三)所列為壓鑄常用鎂合金的主要成分,其材料性質見表: 表(二) 壓鑄常用鎂合金主要成分 合金系列 合 金 元 素 Mg Al Mn Si Zn Fe Cu Ni AM60B ren 5.5-6.0.24—0.1 0.22 0.005 0.010 0.002 5 0.6 max max AS41B ren 3.5-5.0.35-00.5-1.0.12 0.005 0.02 0.002 0 .7 5 max AZ91A ren 8.3-9.0.15 0.20 0.45-0… 0.08 0.01 7 mim max .9 AZ91B ren 8.3-9.0.15 0.20 0.49-0… 0.25 0.01 7 mim max .9 AZ91D ren 8.3-9.0.15-00.10 0.35-10.005 0.030 0.002 7 .5 max .0 表(三)常用鎂合金的材料性質 性 質 合 金 種 類 Az91D AM60B AS41B Density,g/cm 1.81 1.79 1.77 Lensile strengh Room temperaturc 34(230) 32(220) 31(215) Ksi(Mpa) 177C 22(150) 19(131) 18(124) Tensilc yinld Room temperatyrc 23(160) 19(130) 20(140) ksi(mpa) 177C 17(115) 13(90) 12(85) Compressive Room temperatyrc 58(400) 53(365) strcngth ksi(mpa) 177C 50(210) 29(200) Compressive yield Room temperatyrc 24(165) 19(130) 21(150) ksi(mpa) 177C 19(130) 19(130) Clongation, % 3 6-8 6 Young’s modulus, Msi (Gpa) 6.5(45) 6.5(45) 6.5(45) Paisson’s ratio 0.35 0.35 0.35 Shear strength, ksi (Mpa) 20(140) Fatigue strength, ksi (Mpa)b 10(70) 10(70) Inpact strength, ft-ib (J)c 1.6(2.2) 4.5(6.1) 3.0(4.1) Creep strength, kis (Mpa)d 2.8(20) 3.0(21) Hardncss Brinell 63-75 55-70 60-90 Thcrmal condutivity, W/m-ke 72 62 68 Thermal expansion cocff.,*10-6 m/m-k 25 25.6 26.1 Specific heat, KJ/kg-k 1.05 1.05 1.02 Latent heat of fusion, KJ/kg 373 373 373 14.1 12.5 Clectrical rcsistance,µΩ-cm 470 540 565 Solidus temperature. ?C 595 615 620 Liquidus temperature.?C 625-700 650-695 660-695 Casting temperature,?C A – 0.2% offsec b – DIN 50113 C – ASTM E2 (unnotcbed) D – 0.1% creep extension at 147?C e – at 100~300?C (三)鎂合金與其他材料強度比 鎂合金與一些常用工程材料的性質做一比較,(如圖一圖二),不難看出鎂合金的優越性能,因此傳統上許多應用材料,可能以鎂合金取代. 與工程塑膠相較,鎂合金材料特性有以下的優勢: ? 尺寸穩定性及抗潛變性佳. ? 優良的導熱性. ? 極佳的吸震性. ? 優良的機械強度,抗撓曲性,抗衝擊性及抗疲勞性. ? 不易磨耗. ? 非磁性金屬. ? 電磁遮蔽性佳. 再加上工程塑膠價格日益上揚,更使得鎂合金的競爭力與日俱增,逐漸取代工程塑膠元件. (四) 關於鎂的一些疑惑 1. 鎂價錢太貴 ? 以 AZ91 系列鎂合金為例,目前市價約在140元/kg左右,其單位重量的成本雖較鋁為高,但其比重約為鋁的2/3,若以單位體積換算差異就不太大了,而且鋁與鎂的價格差異正在逐漸縮小當中.另外,從壓鑄製程整體成本考量,鎂的壓鑄更有以下的優勢: ? 鎂的熱式壓鑄射出動作較鋁的冷式壓鑄更為連續,加上鎂的莫耳凝固熱約為鋁的90%,凝固較為迅速,鎂不會黏著鋼模,可在較高的溫度下仍能輕易脫模,整個形成週期較鋁快25~50%. ? 熱式壓鑄機中鎂湯不興空氣接觸,因此氧化所造成的損耗小得多,且成品中氣孔較少,廢品率較低. ? 鎂不會黏著模腔及芯子,模具的拔模斜度可較同樣的鋁鑄件少20~25%,有些 鎂鑄件可以不用斜度,鑄件體積因此而減少,其比重是鋁的2/3,因此總重量差異更大. ? 鎂對金屬模具腐蝕較少,因此模具壽命為鋁壓鑄的3~5倍. ? 每單位體積的鎂合金壓鑄件所需的能源為鋁合金的3/4. ? 鎂合金的機械加工性能良好,如表(四)所示: 表(四) 機械加工性指標 機械加工性指標 合金種類 (以B1112鋼=100為基數) 500 鎂合金 300 鋁合金 200 黃 銅 80~130 碳 鋼 50~95 不銹鋼 10~55 鎳合金 2. 鎂容易腐蝕 ? 鎂的腐蝕主要由熔煉鎂時所加的助熔劑(nux)所引發的.如果使用熱式壓鑄,將高純度,低雜質(尢其是銅 鎳 鐵) 的合金錠在隋性氣體的保護下熔解保溫,且不加任何的助熔劑,則所製的鎂鑄件經鹽霧試驗,其耐蝕性與380鋁合金及冷軋鋼相較毫不遜色,如圖(三)所示.鑄件在實際應用時,僅需簡單的化學浸泡處理使表面產生保護層,即可有不錯的使用壽命. 然而由於鎂的 emf 電位極低,設計上需注意以下幾點,以避免電位腐蝕(galvanic corrosion )的問題: A.在鎂於其他金屬接觸的部位要避免有積水. B.在整個組織中的元件盡量一致使用鎂合金或是與鎂電位相盡的其他金屬,或採用不導電之材料. C.如需使用與鎂電位差較大的金屬材料,則需使用不導電材料與鎂隔離. 至於在一般環境下使用的鎂鑄件是否需要特別保護,則端視使用狀況而定,例如汽車引擎 傳動箱 變速範及化油器中之鎂鑄件并無特別保護,或僅做表面化學處理,而其工作狀態皆十分良好,鎂的割草機機身較其馬達更耐用,若曷使用環 境具高度腐蝕或磨耗性,鎂合金鑄件可以使用多種簡單便宜的方法處理,不僅可耐 蝕耐磨,亦可使表面更加美觀.