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一、镁及镁合金的分类及应用
(1)镁合金的分类。
镁是比铝还轻的一种有色金属，其熔点(650℃)、密度(1.738g/cm3)均比铝低。纯镁由于强度低，很少用作工程材料，常以镁合金的形式使用。镁合金具有较高的比强度和比刚度，并具有高的抗震能力，能承受比铝合金更大的冲击载荷。此外，镁合金还具有优良的切削加工性能，易于铸造和锻压，所以在航空航天、光学仪器、通信以及汽车、电子产业中获得了越来越多的应用。
镁及其合金的分类主要有三种方式：化学成分、成形工艺和是否含有Zr元素。根据化学成分，以5个主要合金元素Mn、Al、Zn、Zr和RE(稀土)为基础，可以组成基本的合金系：如Mg-Mn系、Mg-Al-Mn系、Mg-Al-Zn-Mn系、Mg-Zr系、Mg-Zn-Zr系、Mg-RE-Zr系、Mg-Ag-RE-Zr系、Mg-Y-RE-Zr系等。
按照有无AI，可以分为含Al镁合金和不含Al镁合金；按照有无Zr，还可以分为含Zr镁合金和不含Zr镁合金。根据成形工艺，可分为铸造镁合金(ZM)和变形镁合金(MB)两大类，但两者没有严格的区分，铸造镁合金如AZ91、AM20、AM50、AM60、AE42等也可以作为变形镁合金使用。
目前国外工业中应用较广泛的镁合金是压铸镁合金，主要有以下4个系列：AZ系列Mg-Al-Zn、AM系列Mg-Al-Mn、AS系列Mg-Al-Si和AE系列Mg-Al-REo我国铸造镁合金主要有3个系列：Mg-Zn-Zr、Mg-Zn-Zr-RE和Mg-Al-Zn系列，变形镁合金有Mg-Mn、Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr系列。
（2）镁合金的应用
铸造镁合金中的ZM1—般应用于要求抗拉强度和屈服强度大、抗冲击的零件，如飞机轮毂、轮缘、隔框及支架等。铸造镁合金中的ZM2用于200℃以下工作的发动机零件及要求屈服强度较高的零件，如发动机机座、整流舱、电机机壳等。铸造镁合金中的ZM2一般用于高温工作和要求气密性高的零件，如发动机增压机匣、压缩机匣、扩散器壳体及进气管道等。铸造镁合金ZM5一般用于飞机机体、发动机、仪表和其他结构要求高载荷的零件，如机舱连接隔框、舱内隔框、电机壳体等。
合金牌号MB1和MB8均属于Mg-Mn系镁合金，这类镁合金虽然强度较低，但具有良好的耐蚀性，并且高温塑性较高。MB1主要用于制造承受外力不大，但要求焊接性和耐蚀性好的零件，如汽油和润滑系统的附件；MB8由于强度较高，其板材可制造飞机蒙皮、隔板及内部零件，型材和管材可制造汽油和润滑系统的耐蚀零件，模锻件可制造外形复杂的零件。
合金牌号MB2、MB3以及MB5~MB7的镁合金属于Mg-Al-Zn系镁合金，这类镁合金强度高、铸造及加工性能好，但耐蚀性较差。其中，MB2、MB3合金的焊接性较好，MB7合金的焊接性稍差，MB5的焊接性较差。MB2镁合金主要用于制作形状复杂的锻件、模锻件及承受中等载荷的机械零件；MB3镁合金主要用于飞机内部组件、隔板等；MB5~MB7镁合金主要用于制作承受大载荷的零件。
牌号MB15的镁合金属于Mg-Zn-Zr系镁合金，具有较高的强度和良好的塑性及耐腐蚀性，是目前应用较多的变形镁合金。
主要用于室温下承受载荷和高屈服强度的零件，如机翼长桁、翼肋等。
二、镁及镁合金的成分及性能
（1）镁及镁合金的成分。
纯镁的抗拉强度与纯铝接近，但屈服强度和塑性却比纯铝低。镁合金的主要优点是能减轻产品的重量，但在潮湿的大气中耐腐蚀性能差，缺口敏感性较大。镁在水及大多数酸性溶液中易腐蚀，但在氢氟酸、铬酸、碱及汽油中比较稳定。常见铸造镁合金和变形镁合金的化学成分见表1-11和表1-12。
（2）镁及镁合金的性能。
铸造镁合金的力学性能见表1-13。
变形镁合金的力学性能与加工工艺、热处理状态等有很大关系，尤其是加工温度不同，材料的力学性能会处于很宽的范围。在400℃以下进行挤压时，挤压合金发生再结晶。在300℃进行挤压，材料内部保留了许多冷加工的显微组织特征，如高密度位错或孪晶组织。在结晶温度以下进行挤压加工可使制品获得更好的力学性能。表1-14是各种变形镁合金的力学性能。
表1-15是中国与美国常用镁 合金牌号对照。
三、镁及镁合金的焊接性
镁及镁合金的焊接性主要涉及热裂纹、氧化、蒸发和气孔、烧穿、控制焊接热输入等问题。
（1）热裂纹倾向。
除Mg-Mn系合金外，大部分镁合金焊接性较差，焊接时有热裂纹倾向，容易产生焊接裂纹。影响镁合金焊接热裂纹的因素主要是焊接应力、元素偏析、低熔点共晶和晶粒粗化等。
镁的熔点低，导热率高，焊接时较大的焊接热输入会导致焊缝及近缝区金属产生粗晶现象（过热、晶粒长大、结晶偏析等），从而降低接头的性能。粗晶和结晶偏析也是引起焊接接头热裂倾向的原因。由于镁及镁合金的线胀系数较大，约为钢的2倍，铝的1.2倍，因此焊接过程中易产生较大的热应力和变形，会加剧接头热裂纹的产生。
（2）氧化、蒸发和气孔、烧穿。
镁的化学性质极其活泼，镁易与氧结合，在镁合金表面生成氧化镁薄膜。这层薄膜熔点高（2500℃）,密度大（3.2g/cm3）,会严重阻碍焊缝成型，因此在焊前需要采用化学方法或机械方法对其表面进行清理。在焊接过程的高温条件下，熔池中易形成氧化膜，其熔点高、密度大。在熔池中易形成细小片状的固态夹渣，这些夹渣不仅严重阻碍焊缝成型，也会降低焊缝的力学性能。
当焊接保护欠佳时，在焊接高温下镁还易与空气中的氮生成氮化镁。氮化镁夹渣会导致焊缝金属的塑性降低，接头变脆。空气中氧的侵入还易引起镁的燃烧。由于镁的沸点低（约110℃），在电弧高温下易产生蒸发，造成环境污染。因此焊接镁时，需要采取更加严格的保护措施。
与焊接铝相似，镁焊接时易产生氢气孔，氢在镁中的溶解度随温度的降低而急剧减小，当氢的来源较多时，焊缝中出现气孔的倾向增大。镁合金焊缝中常见到连续气孔和密集气孔。
镁及镁合金在没有隔绝氧的情况下焊接时，易燃烧，熔焊时需要惰性气体或焊剂保护。由于焊接时要求用大功率的热源（快速焊），当接头处温度过高时，母材会发生“过烧”现象。因此，焊接镁及镁合金时需严格控制热输入。
在焊接镁合金薄件时，由于镁合金的熔点较低，而氧化镁薄膜的熔点很高，使得接头不易熔合，焊接时难以观察焊缝的熔化过程。对接缝间隙太大时在电弧前端也易出现烧穿，为此需要加入较多的填充焊丝，这时焊丝端部挡住了电弧的阴极破碎和搅拌作用，夹渣不易排出。此外，由于焊接区温度的进一步升高，无法观察熔池的颜色有无显著的变化，也极易导致焊缝产生烧穿和塌陷等。
（3）控制焊接热输入。
镁合金焊接加热时有晶粒长大现象，对接头的力学性能及耐腐蚀性能不利，并使裂纹倾向增大。镁合金焊接时，热输入过大会使焊接接头的组织性能变坏。焊接镁合金时应采用大的焊接电流和较快的焊接速度，因为小电流焊接时易产生气孔，减小焊接速度会使热输入增大，易导致焊接区过热和热裂纹。
镁合金热影响区组织与焊接热输入之间有一定的关系。以MB2合金为例，当焊接热输入为5.36kJ/cm时，从母材基体到熔合区是细晶粒组织，沿晶界分布有细小的金属化合物；当热输入增大至6.99kJ/cm时，熔合区附近的晶粒开始粗化；而当热输入继续增大至14.07kJ/cm时，晶间出现了粗大的金属间化合物或夹杂物，接头区组织和性能恶化。对焊接热输入起主导作用的是焊接电流和焊接速度。
焊接热输入的大小和受热次数对镁合金接头的组织和性能有一定的影响。多次加热对镁合金焊接区组织性能有不利的影响，如导致组织严重粗化和产生热裂纹，对接头的力学性能和耐腐蚀性等也有不利的影响。MB3和MB8镁合金多次焊补后，热影响区的宽度增大，晶粒也明显粗化，特别是MB8合金接头组织性能下降更明显。因此，应限制接头返修或补焊次数，同时应注意，焊接方法、焊接材料及焊接工艺的变化会导致接头力学性能的差异。
焊后热处理对消除焊接应力和改善接头的组织性能是有利的。但退火温度的选择须兼顾整个焊接结构的使用和技术要求，尽快保持材料的原始状态(如冷作硬化、淬火时效状态等)。以MB3合金同质焊丝的焊接接头为例，退火前后的组织有很大的差别。未经退火的焊缝组织为均匀的等轴细晶粒，在晶界处有一定数量的低熔点金属间化合物。经过280℃、320℃,360℃退火(保温5h)并空冷后，金属间化合物相应减少，特别是360℃x5h退火处理的焊缝中金属间化合物几乎全部溶入固溶体中。、
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