AZ80A镁合金线膨胀系数的研究

2019-05-24钱亚锋

中国金属通报 2019年3期

吴洋，钱亚锋，方明

（国家镁及镁合金产品质量监督检验中心，河南鹤壁 458030）

镁合金常温下稳定性较高，加工尺寸精度高，可进行高精度机械加工[1]。镁合金密度低，广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的[2，3]。但是由于镁合金材料的膨胀系数较大，难以应用于一些工作温度环境复杂、对尺寸精度和尺寸稳定性要求较高的设备或零部件，限制了其更广泛的应用。目前国内在镁合金线膨胀系数测定方面的报道较少，对低线膨胀系数镁合金的制备方面的报道更少。因此，对于AZ80A镁合金与其它牌号镁合金低温阶段的线膨胀系数的测定与比较，可以为以后低线膨胀系数镁合金的研究提供参考依据。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

铸态AZ80A镁合金棒、挤压态AZ80A镁合金棒、挤压态AZ31B镁合金棒和挤压态AZ61A镁合金棒；尺寸为8mm×50mm。

1.2 设备与原理

金属材料的热膨胀行为是原子受热后做非简谐振动的结果[4],热膨胀的大小反映了晶格之间结合能的大小，不同的原子受热后对材料的膨胀贡献不同[5]。测量线膨胀系数的常用方法为顶杆法，采用机械测量原理，即将试样的一端固定在支持器的端头上，另一端与顶杆接触，试样、支持器和顶杆同时加热，试样与这些部件的热膨胀差值被顶杆传递出来，并被测量[6]。本研究测试方法采用顶杆法，测试设备为湘潭湘科ZRPY-DW低温热膨胀仪，测试温度范围-20℃至120℃。平均线膨胀系数的公式[7]为：

式中：T1为原始温度，T2为升温后的温度，L1为T1温度下的原始长度，L2为T2温度下的长度，ΔL为变形量（L2-L1），ΔT为温差（T2-T1）。其中，线膨胀系数的单位为10-6K-1。

1.3 实验方法

测试时试样从-20℃升温至120℃，平均升温速率为5℃/min，记录试样每10℃的膨胀量，测试停止后，通过记录的不同温度的膨胀量，得出膨胀量-温度曲线，并计算出各种温度段的平均线膨胀系数。

2 实验结果与分析

2.1 挤压态AZ80A镁合金平均线膨胀系数与温度的关系

挤压态AZ80A镁合金的膨胀量与温度的关系如图1所示，从图中可以看出，在-20℃至120℃的温度区间上，其膨胀量随着温度的升高而增长，在20℃至40℃之间，膨胀量相对于温度区间的增长量有增大的趋势，40℃之后，增长量趋势变缓，这个趋势也可以体现在10℃区间的平均线膨胀系数上。图2为区间为10℃的平均线膨胀系数与温度的关系，例如20℃对应的数据为10至20℃区间的平均线膨胀系数。从图中可以看出，30℃和40℃对应的数据，即20至30℃区间和30至40℃区间的平均线膨胀系数比其他温度区间略高，这与图1中膨胀量的变化趋势一致。