鑄造鎂合金錠新標(biāo)準(zhǔn)

席歡|文

新版國家標(biāo)準(zhǔn)《鑄造鎂合金錠》在全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的組織下，完成審定工作，新版本預(yù)計(jì)2016年問世?！惰T造鎂合金錠》是鎂及鎂合金行業(yè)極為重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)的審定完成意味著新的鎂及鎂合金牌號體系即將誕生。

2003年的GB/T19078《鑄造鎂合金錠》國家標(biāo)準(zhǔn)研制，是基于當(dāng)時(shí)國內(nèi)鎂工業(yè)狀況進(jìn)行的。早在十幾年前我國鎂工業(yè)還處在重冶煉、輕加工，自主創(chuàng)新能力差的發(fā)展初級階段，行業(yè)整體水平相對落后。因此，2003版的國家標(biāo)準(zhǔn)中收錄的鎂合金牌號十分有限（24個），牌號體系也相對簡單。伴隨著近年來我國鎂工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，以及行業(yè)整體水平的快速提升，許多新型鎂合金產(chǎn)品問世，一大批鎂合金牌號已經(jīng)得到了市場的認(rèn)可并應(yīng)用。

修訂后的變化

GB/T19078《鑄造鎂合金錠》的本次修訂，主要有以下變化：

——增加合金元素鍶(Sr)和釓(Gd)，并以J和V表示

隨著鎂合金行業(yè)的蓬勃發(fā)展，鎂合金中添加的元素種類不斷增加，以MgAlSr系和MgGd系鎂合金的成功研發(fā)及應(yīng)用為代表，其中鍶和釓元素為兩種主要合金元素。在ASTM體系中，以用“J”和“V”分別代表鍶和釓元素，因此，GB/T19078《鑄造鎂合金錠》中增加了鍶(Sr)和釓(Gd)元素的元素代號為J和V，與國外體系接軌。

——升級鎂及鎂合金組別

多年來，我國鎂合金牌號增速較快，原牌號體系無法滿足現(xiàn)有需求，因此，本次修訂將鎂合金牌號組別升級為10個，即Mg-Al、Mg-Zn、Mg-Mn、Mg-RE、Mg-Gd、Mg-Y、Mg-Zr、Mg-Ag、Mg-Li和Mg-X。其中Mg-X為預(yù)留的合金組別，X代表其他9種主要合金元素以外的其他合金元素。

——增加極限數(shù)值表示方法

本次標(biāo)準(zhǔn)修訂過程中，增加了鎂合金的極限數(shù)值表示方法，具體如下：

＜0．001% ……………… 0．000X；

≥0．001%～0．01% ………0．00X；

≥0．01%～0．10% ……… 0．0X；

≥0．10%～0．55% ………0．XX；

＞0．55% ………0．X、X．X、XX．X。

——新增牌號說明

新版本搜集了國內(nèi)外科研、生產(chǎn)發(fā)展成熟的鎂合金品種，主要增加的鎂合金牌號如下：

1．增加了MgAl系合金13種：AZ91A、AZ91B、AZ91C、AZ91E、AZ92A、AZ33M、AM60A、AS21B、AS41A、AE44S、AE81M、AJ52A和AJ62A合金；

2．增加了MgZn系合金3種：ZA81M、ZA84M和ZQ81M合金；

3．增加了MgRE系合金3種：EZ30M、EZ30Z和EV31A合金。

4．增加了MgGd系合金3種：VW76S、VW103Z和VQ132Z合金；

5．增加了MgY系合金2種：WE43B和WV115Z合金。

Mg-Al系合金

AZ91A合金、AZ91B合金、AZ91C合金和AZ91E合金與AZ91D合金主成分相似，只是雜質(zhì)元素Si、Cu和Ni的含量不同。其強(qiáng)度與AZ91D合金相近。

AZ92A合金是常見的結(jié)構(gòu)用鎂合金，與AZ91合金相比，含Zn量更高，使得AZ92A合金比AZ91合金具有更高的室溫拉伸強(qiáng)度，且鑄造性能與AZ91合金相近，主要用于砂型或金屬型鑄造的發(fā)動機(jī)殼體鑄件。

AZ33M合金在鑄態(tài)條件下，與AZ91系列合金的力學(xué)性能相當(dāng)；在高壓鑄造條件下，其強(qiáng)度與AZ91系列合金相當(dāng)，但具有更高的延伸率，是一種具有良好綜合力學(xué)性能的合金。

AM60A合金是一種高壓壓鑄鎂合金，具有良好的韌性和耐腐蝕性能，與GB/T19078～2003版中的AM60B合金的主成分基本相同，只是雜質(zhì)元素Si和Cu含量要高于AM60B合金。

AS21B合金是一種壓鑄耐熱鎂合金，具有優(yōu)良的抗蠕變性能，與GB/T 19078～2003版中的AS21S合金的主成分基本相同，只是其中的Mn含量較AS21S合金低，且含有RE元素，用以變質(zhì)其中的Mg2Si相。

和AS41B合金相比，AS41S合金中雜質(zhì)元素Cu和Ni的含量相對較高。

AE44S合金屬于Mg-Al-RE耐熱鎂合金，RE元素的加入比，加入Si元素更能提高合金的蠕變抗力和耐熱性能，同進(jìn)，還提高合金的流動性。AE44S合金的強(qiáng)化機(jī)理主要是RE與合金中的Al生成了Al11RE相，減少了Mg17Al12相的數(shù)量。Al11RE金屬間化合物相具有較高的熔點(diǎn)(1200℃)，在鎂基體中的擴(kuò)散速度低，具有很高的熱穩(wěn)定性，可有效釘扎晶界而阻礙其滑動，從而使合金的高溫性能得到提高。AE44S合金的有效使用溫度可達(dá)到150℃。但由于較慢的冷卻速度將導(dǎo)致粗大的Al2RE相等化合物的生成，使合金的力學(xué)性能降低，因此僅適用于冷卻速度較快的高壓壓鑄鑄造工藝，現(xiàn)在美國GM公司用于生產(chǎn)汽車變速箱殼體。

AE81M合金屬于Mg-Al-RE鎂合金，具有低成本、高強(qiáng)高韌、可焊和耐腐蝕，采用壓鑄方法生產(chǎn)，生產(chǎn)率高，適用于汽車輪轂、艦船、航空航天和軍工等以及3C和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。

AJ52A和AJ62A合金屬于Mg-Al-Sr耐熱鎂合金，由加拿大諾蘭達(dá)公司在AM50合金的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)的，并已被成功地用于生產(chǎn)油盤及閥門蓋等薄壁鎂合金零部件，也是采用高壓壓鑄鑄造工藝。

Mg-Zn系合金

ZA81M和ZA84M合金為國內(nèi)開發(fā)的新型鎂合金，屬于Mg-Zn-Al合金。合金可進(jìn)行金屬型鑄造和高壓壓鑄方法生產(chǎn)，特別是其金屬型鑄造的力學(xué)性能較高，主要用于制造汽車、火車等交通工具以及航空航天等領(lǐng)域使用的鎂合金零部件。ZA84M合金成本較低、中溫力學(xué)性能較好，可采用金屬型重力鑄造和砂型鑄造等方法生產(chǎn)，主要用作對室溫或中溫耐熱力學(xué)性能有特殊需求的汽車、摩托車等運(yùn)載機(jī)械零部件及其他輕量化部件材料。

ZQ81M合金屬于Mg-Zn-Ag-Zr合金，是一種室溫力學(xué)性能較高的鑄造鎂合金，為我國原有的ZM7鑄造鎂合金。ZQ81M合金充型性良好，但顯微疏松傾向較大，鑄造時(shí)必須采用相應(yīng)的工藝加以克服。ZQ81M合金用于需求室溫力學(xué)性能高的零件，如飛機(jī)起落架外筒、輪轂等，在T4和T6兩種狀態(tài)下應(yīng)用。

Mg-RE系合金

EZ30Z和EZ30M合金屬于Mg-RE-Zn-Zr合金。EZ30Z合金是上海交通大學(xué)在ZM6的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)的一種新型鑄造鎂合金，其力學(xué)性能均優(yōu)于ZM6鑄造鎂合金。EZ30Z合金在T6狀態(tài)下，具有良好的室溫和高溫力學(xué)性能，鑄造性能優(yōu)良，顯微疏松和熱裂傾向低，焊接性能良好，是一種綜合性能良好的鑄造鎂合金，可用作高溫下要求高強(qiáng)度和高氣密性的零件，以及在250℃以下長期工作的零件。

EZ30M合金是以混合稀土Ce為主要合金元素的鑄造鎂合金，為我國原有的ZM3鑄造鎂合金，在200℃～250℃保持較高的強(qiáng)度和良好的持久抗蠕變性能，但室溫強(qiáng)度性能較低。EZ30M合金具有高的致密性和良好的可焊性，熱裂傾向低，無顯微疏松傾向。適用于在150℃～250℃范圍長期工作的發(fā)動機(jī)、附件和儀表等機(jī)匣，殼體零件和室溫下要求高氣密性的鑄件。

EV31A合金屬于Mg-RE-Gd-Zr合金，與ZE41A合金相比，提高了強(qiáng)度和耐腐蝕性能；與WE43A合金相比，降低了成本并改善了鑄件的可鑄性。

Mg-Gd系合金

VW76S和VW103Z合金屬于Mg-Gd-Y-Zr合金，VW76S合金由英國開發(fā)，目前已列入ISO16220標(biāo)準(zhǔn)，但是應(yīng)用情況不明。

VW103Z合金是由上海交通大學(xué)針對航空航天用零部件需求開發(fā)的高強(qiáng)耐熱鎂合金，其成本低于WV115Z合金，力學(xué)性能超過了商用WE54A和WE43A合金以及我國的ZM6鑄造鎂合金，目前已成功應(yīng)用于航空航天用零部件的鑄造生產(chǎn)，減重和耐熱性能良好。

VQ132Z合金屬于Mg-Gd-Ag-Zr合金，是由上海交通大學(xué)開發(fā)的新一代高強(qiáng)鎂合金，其強(qiáng)度超過VW103Z鑄造鎂合金，但成本較高，已成功開發(fā)出一些重要的航空航天用零部件。

Mg-Y系合金

WE43B合金屬于Mg-Y-RE-Zr合金，與WE43A合金相比，其中Mn（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤0．03%，F(xiàn)e（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤0．01%，Cu（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤0．02%，(Zn+Ag) （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤0．20%，具有較好的抗腐蝕性能。

WV115Z合金屬于Mg-Y-RE-Zr合金，其耐熱溫度可達(dá)300℃以上。在＜400℃范圍內(nèi)，WV115Z-T6合金的強(qiáng)度均顯著優(yōu)于商用耐熱鎂合金WE54A-T6和活塞用耐熱鋁合金AC8A-T6合金，已經(jīng)在發(fā)動機(jī)活塞上進(jìn)行了臺架試驗(yàn)。值得注意的是，WV115Z合金在200℃時(shí)力學(xué)性能與室溫相比還有10%的提高。

其他變化

新版本還將GB/T19078-2003標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)的EN1753牌號修改為對應(yīng)的ISO牌號；增加了新牌號、舊牌號和舊代號的對照表；以及增加了鑄錠顯微組織、力學(xué)性能、鹽霧腐蝕性能的要求等。

特殊說明

新版國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19078-2016《鑄造鎂合金錠》發(fā)布以后，國內(nèi)企業(yè)仍可積極研發(fā)新型鎂合金產(chǎn)品并投入市場應(yīng)用。具有一定市場規(guī)模的新合金牌號可以通過“中國有色金屬工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量質(zhì)量研究所”進(jìn)行注冊，注冊完成后便可以獲得“身份證號”，并被自動收錄在下一個版本的國家標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中。

結(jié)束語

鎂合金具有良好的阻尼性、切割加工性能、擠壓成型性能、焊接性能和減振性能，且對環(huán)境無任何不良影響等，是一種非常理想的現(xiàn)代工業(yè)結(jié)構(gòu)材料。中