Table of Contents
מבוא למגנזיום Alloys בהנדסת מבנים
⁇ מגנזיום הפכו לחומר של בחירה עבור מהנדסים עיצוב רכיבים מבניים קלים על פני שטח אוויר, רכב, ותעשיות אלקטרוניקה לצרכנים.עם צפיפות של כ-1.74 גרם / CM3 - בערך 33% בהיר יותר מאלומיניום ו-75% בהיר יותר פלדה - ⁇ אלה מציעים יחס יוצא דופן במשקל כדי לענות על רכיבים ספציפיים אשר ישירות מתורגם יעילות דלק, פליטות מופחתות, שיפור יכולת עומס.
התכונות הטבועות של מגנזיום - המבנה הקריסטלי הסגור של ה-hexagonal ומערכות חלקלקות מוגבלות בטמפרטורת החדר - הן הזדמנויות והן מגבלות לטיפול חום תקין מטפלות במגבלות אלה על ידי שינוי גודל דגנים, פירוק שלבים משניים, וקידום חלקיקים. מאמר זה מספק בדיקה יסודית של תהליכי טיפול חום עבור ⁇ , מנגנונים מתכתיים שמניעים שיפורים בנכסים, ואת השיקולים המעשיים כי מהנדסים אחראים על עיבוד חומרים מבניים אלה.
הבנת מערכות מגנזיום ו-Metalurgy
עיצוב ואלמנטים
⁇ מגנזיום מבוססים על מגנזיום עם תוספות שנבחרו בקפידה של אלמנטים כגון אלומיניום, אבץ, מנגן, סיליקון, סידן, מתכות נדירים אדמה (כולל צוואריום, ניאודימיום, ו ytrium), ובמקרים מסוימים thorium וכסף. כל רכיב סגסוגת משמש פונקציה מתכתית מסוימת, בדרך כלל הוסיף ריכוזים מ -10% עד משקל, משפר כוח באמצעות משקעים קשים וחום, לעתים קרובות, עם תפקוד מתכתי חום גבוה יותר, אך הוא מסוגל להגביר את הלחץ.
תגית: Wrought Magnesium Alloys
שתי קטגוריות רחבות של ⁇ מגנזיום - חול ו wrought - להגיב באופן שונה לטיפול חום. ⁇ קסטה, המיועד עם nomenclature מבוסס הרכב מעובד בדרך כלל על ידי הליהוק חול, מת ליהוק, או קבוע עובש, הם הנפוצים ביותר ביישומים מבניים.
שלב דיאגרמה ואבולוציה מיקרו-מורלית
הבסיס המתכתי לטיפול חום בסגסוגת מגנזיום הוא בתרשיםי שלב שלהם.במחזורי Mg-Al, התגובה האקלקטית מייצרת תערובת של α-magnesium פתרון מוצק ואת ה- β-phase בשלב Mg-Al12 טיפול מתמוססת חום זו לתוך α-matrix, יצירת פתרון על-טבעי מוצק על-ידי קירור מהיר יותר, אשר מאפשר β-קפיצה של חומרים מורכבים של נוזל ניקוי יעיל יותר.
טיפול חום מעבדים עבור Magnesium Alloys
פתרון טיפול
טיפול בפתרון, הידוע גם בשם ההומוגנזה, כרוך חימום מגנזיום לטמפרטורה בתוך ה- חד-פעמי α-region, בדרך כלל בין 380 ° C ו 560 מעלות צלזיוס בהתאם לסגסוגת.המטרה היא לפזר שלבים בין-מסוגלים מורכבים לסגסוגת מים אינטנסיבית, אך יש צורך במהירות גבוהה בטמפרטורות נוזליות של 417 שעות.
הזדקנות מלאכותית (Precipitation Harding)
ההזדקנות המלאכותית היא הטיפול התרמית שעוקב אחר טיפול בפתרון וייבוש. ⁇ מחממת את הטמפרטורה של שלב ביניים, בדרך כלל בין 150 מעלות צלזיוס ל-250 מעלות צלזיוס, ומוחזקים לתקופה שנקבעה מראש כדי לאפשר משקעים מבוקרים של משקעים ממריצים מ- ZSBOC, תוך כדי הקלה משמעותית בטמפרטורות ההזדקנות והזמן משפיע ישירות על הגודל, ההפצה, ואת הכפירה של precipitates, אשר ב- 2491 שעות רצופות.
חידוש אנליזת Annaling
⁇ מגנזיום נגרמים חשופים לפיזור, מתגלגל, או זיוף לפתח מיקרו מבנים מעודן מאוד עם דגנים מוארכים, צפיפות מוגברת של פירוק, מרקם קריסטלוגרפיה חזק. Recrystallization annealing כרוך חימום המבנה deסגסוגת deformed לטמפרטורה מעל סף החלמה - בדרך כלל בין 250C ל -400°C - כדי לנפח מחדש של מתח חדש, ללא לחץ פנימי ולהפחית את רמת הפחתת לחץ מיידי זה.
עזרה בלחץ
בנוסף מחזורי הטיפול החום העיקריים, טיפול בלחץ אנמנלינג הוא לעתים קרובות מיושם על רכיבי ⁇ מגנזיום כי כבר מכונה, נטבע, או נתון לעבודה קרה. טיפול זה דלת-זמן נמוך, המבוצע בדרך כלל ב 200 מעלות C ל-300 מעלות C במשך שלוש שעות, להפחית מתחים חיידקים חמורים ללא שינוי משמעותי במצב המשקעים או מבנה דגנים.
טיפול חום ב- Specific Magnesium Alloy Systems
סדרת AZ (Mg-Al-Zn)
סדרת AZ, כולל AZ91, AZ31 ו AZ61, מייצגת את המשפחה הנפוצה ביותר של ⁇ מגנזיום. AZ91, סגסוגת הסיעת העבודה, מגיבה מאוד לטיפול חום T6 - טיפול ב 410 מעלות C עבור 16 שעות, quench, והזדקנות מלאכותית ב- 168 מעלות צלזיוס במשך 16 שעות.
סדרת AM (Mg-Al-Mn)
סגסוגת סדרה AM כגון AM50 ו AM60 פופולריים ביישומים של דגנים עם גרגריות וקליטת אנרגיה הם עדיפות על כוח מקסימלי. ⁇ אלה מכילים תוכן אלומיניום נמוך יותר מאשר AZ91, וכתוצאה מכך נפח מופחת של שלב ה- Mg17Al12 גליון גמישה טיפול סגסוגת AML כולל טיפול מותאם בדרך כלל טיפול T4 או T5 טיפול ב 400C עבור 8 ° C כדי לשפר את רמות של סגסוגת של 10 C2 C.
ZK Series (Mg-Zn-Zr)
ZK60 הוא סגסוגת גבוהה סטראנגט אשר משיג תכונות מכניות מצוינות באמצעות ההזדקנות. מחזור הטיפול החום עבור ZK60 בדרך כלל כולל טיפול פתרון ב 500 מעלות C עבור 2 עד 4 שעות, מים quenching, והזדקנות מלאכותית ב 150 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות.התשואות המתקבלות יכולות לעלות על 330 MPa עם טוב דקיקות ועייפות התנגדות.
We Series (Mg-RE-Zr)
אנו43 ו-We54 הם מגנזיום המכילים ytrium ואלמנטים נדירים של כדור הארץ יחד עם zirconium, המיועד שירות טמפרטורה גבוהה עד 300 מעלות צלזיוס. ⁇ אלה מציגות התנגדות יוצאת דופן ושימור של כוח בטמפרטורות גבוהות, מה שהופך אותם מתאימים רכיבי מנוע ומבני שידור.הטיפול החום של We43 כרוך גם מחזור T6: טיפול ב 525 ° C ל 8 שעות, מים חמים, נצנצ'ק ו-250 שעות ביממה, הוא גם טיפול חום.
סדרת AE (Mg-Al-RE)
AE44 הוא סגסוגת מת-מחדש המשלבת אלומיניום עם cerium-rich נדירים כדור הארץ ערפל. תוספת של אדמה נדירה משפרת את ההתנגדות המצטפת וכוח בזמן גבוה תוך שמירה על יכולת חול טובה.טיפול חום של AE44 לעתים קרובות עוקב אחר מזג T5 - הזדקנות מלאכותית ישירות לאחר הליהוק ללא טיפול מוקדם - ב -200 מעלות צלזיוס ל -6 שעות.
היתרונות של טיפול חום תקין
חיזוקים והשפעות
היתרון המיידי ביותר של טיפול חום הוא העלייה המשמעותית של ברייליה וכוח התשואות.התמדה באמצעות T6 מזג יכול להגביר את כוח התשואות של 40% עד 70% בהשוואה למצב ה-As-cast או as-wrought. לדוגמה, אנו43 משיגה כוח מעל 300 MPa לאחר טיפול T6 מלא, מה שהופך אותו תחרותי עם הרבה סגסוגת אלומיניום על בסיס מסוים של חוזק.
דוקטריות ו-Toughness Enhancement
בעוד טיפולים ההזדקנות בעיקר כוח מטרה, החלמה של annealing באופן משמעותי משפר את הפשטות ואת קשיחות השבעה. ⁇ Wrought כמו AZ31, לאחר אנמדינג הולם, יכול להשיג ארוכות של 15% עד 25%, המאפשר ציור עמוק ופעולות מורכבות להרכיב. עבור ⁇ יצוקה יצוקה, פתרון מתמוסס רשתות אקדוחות קורקטיות הפועלות כאתרי סדקים, וכתוצאה מכך שיפור החיים ואפקט שילוב אמין של סגסוגת דינמית.
תוצאות חיפוש: Corrosion Resistance
טיפול חום משפיע על התנהגות קורוזיה של ⁇ מגנזיום באמצעות שינויים בהתפלגות שלב והההומוגניות הכימית. ב-AZ91, טיפול בפתרון מפחית את הנפח של β-phase קטודי בגבולות דגנים, מצמצם את הקורטוזיציה גליונית החיונית של כדור הארץ, עם זאת, ההזדקנות יכולה להחזיר טרמפטים דקים שיוצרים תאים גלקטיים מקומיים, אשר עלולים להגדיל את רמות הסגסוגת של 5 סגסוגת מים נדירות.
התנגדות לטמפרטורות אלובומות
עבור יישומים מעורבים עומסים מתמשכת בטמפרטורות מעל 100 מעלות צלזיוס, כגון רכיבי מנוע או מבנים ליד-exhaust, ההתנגדות המצטפת הופכת קריטית.טיפול חום של ⁇ מגנזיום נדירים המכיל כדור הארץ מתפתח בשלבים יציבים יחסית כי סיכות גבולות דגנים ו מעכבים את הפחתת העליה.43 נשמר יותר מ 80% של עוצמת הטמפרטורה בחדר שלה ב 250 מעלות צלזיוס, רמת ביצועים הדורשת התקדמות מדויקת כדי להשיג את הפרמטרים הנכונים כדי לתקן את גודל המשקעים ולהוביל בהדרגה בטמפרטורות אלה.
אתגרים ושיקולים בטיפול ב-Hick Treatment
אוקסידציה וגלומפוטנטיות
⁇ מגנזיום הם תגובתיים מאוד בטמפרטורות גבוהות, המציג סיכון בטיחותי משמעותי במהלך טיפול חום. מעל 450 מעלות צלזיוס, מגנזיום יכול להצית באוויר, בוער עם להבה לבנה אינטנסיבית שקשה לכבותה.מסיבה זו, יש לשלוט באטמוספירה של פרונסיס כדי למנוע מגע עם חמצן.מגנזיום הגנה על האווירה ספציפית באמצעות sulfur hexafluoride (SF6), furolsolsoxide (SO, CO2, כולל שימוש בדלקת חמצן או פחמן, כולל דלקת ריאות).
בקרת הצמיחה
בעוד התחדשות וגידול דגנים הם תהליכים הכרחיים לשיקום דוקטריות, עודף דגנים coarsing degrads תכונות מכניות. Grain צמיחה הוא תהליך מבוקר דיפוזיה המזרז עם טמפרטורה וזמן. עבור מרכיבים מבניים דגנים, טמפרטורות טיפול חום צריך להיות נשמר נמוך ככל האפשר תוך השגת שינויים מיקרו-מבנה הרצוי.
מתחים וסוגים
קירור מהיר במהלך הסימון מציג ⁇ תרמיים המייצרים מתחים שאריות בתוך הרכיב. מדגישים אלה יכולים לגרום עיוות, במיוחד בחלקים דקים או אסימטריים, המוביל לסטיות תלת מימדיות הדורשות טיפול לאחר חום או דחייה. Warping הוא בעיה מסוימת עבור לוחות גדולים וקטעים חלולים המשמשים במבנים חלל.
המונחים: Cooling Rate Optimization
⁇ מגנזיום שונים להפגין רגישות שונה לשיעור ה-quench.Some ⁇ s, במיוחד אלה עם תוכן אלומיניום גבוה, דורשים קירור מהיר לשמור על הפתרון המוצק על-טבעי הכרחי עבור הזדקנות מאוחרת. אחרים, כגון אלה המכילים אדמה נדירה, יכולים לסבול שיעורי קירור איטי יותר ללא אובדן משמעותי של פוטנציאל קריסה מוקדם מדי.לסלק את החוויה המתאימה quench בינונית - מים, שמן, שמן, או פולימרומים - תלוי לעתים קרובות על הסגסוגת שטוח, במיוחד, עלולים של טיפול אגרסיבי.
זיהום פנים ודהור
במהלך טיפול בחום בטמפרטורה גבוהה, ⁇ מגנזיום יכול להגיב עם חמצן חיוור, מים vapor, או פחמן המכיל מינים באטמוספירה של oxidation משטח היווצרות של מגנזיום oxide או hydr שכבת יכול להתפשר על עמידות קורוזיה ו להפריע ציפויים מאוחר יותר או להצטרף פעולות. במקרים קיצוניים, חמצון intergranular יכול להתרחש, לנפח את השטח ולהפחית את הטמפרטורות רפידות לחץ דם קריטיים או לחץ על פני השטח.
יישומים ב Lightweight Structural Components
מבנה חלל
תעשיית החלל מעריכה מגנזיום עבור החיסכון במשקל שלהם רכיבים מבניים לא קריטיים. we43 משמש דיור תיבת מסוקים, קווי חישובים מנועים, ומסגרות מושב שבו שמירה כוח בטמפרטורות גבוהות הוא חיוני.המשקל מופחת של רכיבי שידור מגנזיום ישירות משפר את כלכלת הדלק וקיבולת מטען. in קבוע, מגנזיום מועסקים במבנים פנימיים, מסגרות, ושקעים, כמו גם רכיבים תרמיים של חומרים, לעתים קרובות להחליף רכיבי חום.
משקל האור
יצרני הרכב אימצו יותר ויותר ⁇ מגנזיום עבור רכיבים מבניים כחלק מאסטרטגיות להקליד כלי רכב. Die-cast AM60 ו-AZ91 משמשים בהיגוי גלגל, מסגרות מושב, לוחות כלי רכב, ומקרים של טיפול חום - בדרך כלל T5 או T6 מזג - מבטיח כי רכיבים אלה לעמוד בדרישות כוח וקליטת אנרגיה תוך שמירה על 30% עד משקל השווה לשומן חשמלי, מגנזיום עוזר תחזוקה של רכיבי סוללה אחידים, על פני טווחי סוללה של לחץ על פני סוללת לחץ שנתי.
מכשירים אלקטרוניים ו- Portable
מגזר האלקטרוניקה הצרכני משתמש בסגסוגת מגנזיום מותשת חום עבור כלס מחשבים, מסגרות טאבלט, גופי מצלמה, ומבנים פנימיים חכמים.שילוב של משקל בהיר, קשיחות, ומגן אלקטרומגנטי עושה מגנזיום בחירה אטרקטיבית עבור מכשירים פרימיום. ⁇ מטושטשים וזרמים צריכים טיפול חום מדויק כדי להשיג את הכוח הנדרש ללא עיוות. Post-חום-תהליכים, כולל ציור וציור מוחלים כדי למזער את המגמות הרצויות כדי למזער את הגמישות.
ציוד צבאי והגנה
יישומי הגנה נהנים מחיסכון במשקל המסופק על ידי ⁇ מגנזיום בציוד נייד, מערכות נשק, ורכיבי רכב.סגסוגת מגנזיום טיפול בחום משמשים בלוחות בסיס מרגמה, דיור מערכת הדרכה, ומסגרות מבניות עבור אלקטרוניקה חד-אדם. השילוב של כוח ספציפי גבוה והתנגדות הלם הוא קריטי ביישומים צבאיים אלה לעתים קרובות להטיל דרישות נוספות עבור עמידות קורוזיה לטווח ארוך בנוקשות, דרישות נוספות על תהליכים גמישים, הצבת חום אמין.
מגמות מתפתחות בטיפול חום של Magnesium Alloys
אופטימיזציה של תהליך עיבוד באמצעות שיטות הפעלה
מודלים Computational הוא שינוי פיתוח תהליך טיפול חום עבור ⁇ מגנזיום. מסדי נתונים של Thermoדינמית וסימולציות שלב-שדה מאפשרות למהנדסים לחזות קינטיקה, גידול דגנים ואבולוציה של נכסים כפונקציות של זמן וטמפרטורה. אלגוריתמים למידה מכונה מאומן על נתונים גדולים של תוצאות טיפול חום יכולים לזהות מחזורים אופטימליים עבור מטרות ספציפיות של נכסים, צמצום הצורך בניסויים ניסיוניים נרחבים אלה מאפשרים פיתוח מהיר יותר של טיפול חום עבור תרכובות עבור תרכובות, תרכובות, תרכובות, תרכובות, תרכובות, תרכובות מורכבות של תרכובות, ורכיבי מגנזיום, תרכובות, תרכובות מורכבות.
שינוי פני השטח באמצעות לייזר ואלקטרון באם
טיפול פנים לייזר ואלקטרוני משטח קרן מציע שיטה מדויקת לשינוי המיקרו של מיקרו-מבנה כמעט-קרקע של רכיביסגסוגת מגנזיום ללא טיפול חום גדול. משטח לייזר התכה וחיזוק מהיר לייצר מבני דגנים מזוקקים מורחבים, שיפור קשיחות פני השטח ועיבוד התנגדות. לייזר הלם מציג מתחים דחוסים של חיתנים ושיפור החיים המקומיים אלה יכולים להיות מיושם באזורים קריטיים של רכיבים גדולים שבהם חום גדול הוא שילוב לא רצוי של טיפול תרופתי או חלקי.
עיבוד Cryogenic
טיפול Cryogenic - קירור ⁇ לטמפרטורות Cryogenic, בדרך כלל באמצעות חנקן נוזלי - נחקר כמו תוספת לטיפול חום קונבנציונלי עבור ⁇ מגנזיום.הקירור הקיצוני חדד את מבנה גרגר, להפחית את הלחץ השונה, ויכול לקדם את היווצרות של precipitate קנס במהלך מחקרים מוקדמים על AZ הראה שיפורים קשיחות ללבוש התנגדות לאחר מחזורים בוכה, בעוד עדיין בשלב, בוכה מציעה שילוב פוטנציאלי עבור רכיבים תעשייתיים לא ניתן להשיג טיפול קיסרי יעיל.
T7 ו-T6 טמפרים לשיפור שילובי נכסים
מפתחי Alloy ממשיכים לחדד מחזורים כדי לדחוף את גבולות הכוח, הדוקטרינה, ואת עמידות קורוזיה. overaging (T7 מזג) משמש כמה ⁇ כדי לשפר את corrosion סדק התנגדות ונוקשות, במיוחד ביישומים אווירוקל. 2 שלבים ההזדקנות של שלב, שבו ⁇ הוא ראשון בטמפרטורה נמוכה יותר כדי לנקות טרמפטים קנסות ואז גבוה יותר תהליך יעיל יותר כדי להשיג שיפורים מתקדמים יותר.
מסקנות
טיפול חום הוא כלי חיוני למימוש הפוטנציאל המלא של ⁇ מגנזיום ביישומים מבניים קלים.באמצעות מחזורים מתוכננים בקפידה של טיפול בפתרון, הזדקנות מלאכותית ו annealing, מהנדסים יכולים להתאים את המיקרו של ⁇ אלה כדי להשיג שילובים ספציפיים של כוח, דוקטינות, עמידות קורוזיה, וביצועים עתיריים גבוהים.
בעוד תעשיות ממשיכות לרדוף אחר ירידה במשקל מסיבות כלכליות וסביבתיות, מגנזיום ישחק תפקיד מורחב בעיצוב מבני.טכנולוגיות טיפול חום מתפתחות - אופטימיזציה חישובית, טיפולים משטחיים מקומיים, עיבוד מבוהגמות - מרחיבים את היכולות של חומרים אלה ופותחים הזדמנויות יישום חדשות יישום יישום טיפול חום עבור ⁇ s דורש מאמץ משותף מעורבים חומרים, תהליכים, מהנדסים ועיצוב מהנדסים לפתח מחזורים כי הם יעילים מבחינה טכנית ולפתח ייצור יעיל יותר יעיל של חומרים מתקדמים יותר.
לקריאה נוספת על המתכת והטיפול החום של ⁇ מגנזיום, מתייחס למשאבים כגון ASM International Handbook על מגנזיום ו ⁇ ו ופרסומים מיוחדים מאגודת המגנזיום הבינלאומית.מקורות אלה מספקים נתונים מקיפים על דיאגרמות שלב, מומלץ זמני טיפול בחום, ותיקונים מכניים עבור מגוון המלא של ⁇ ם מסחריים.