购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

1.1.3 镁的性质

人们对于镁这种金属的普遍认识是密度小、易于燃烧,镁的这些特性是由其物理、化学性质所决定的。下面就镁元素的特征、晶体结构、物理性能、热性能和力学性能等方面进行介绍。

1.元素特征

镁元素的元素符号为Mg,原子序数为12,自由原子中各轨道电子状态为1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ,同位素原子有Mg 24 、Mg 25 和Mg 26 (其质量分数分别为78.99%、10.00%和11.01%),相对原子质量为24.305,摩尔体积为14.0cm 3 /mol。

2.晶体结构

在标准大气压下纯镁是密排六方晶体结构,其晶格常数见表1-5,晶胞结构如图1-1所示。表1-5的测量结果与理论预测值 a =0.32092nm和 c =0.52105nm相吻合,误差仅为0.01%。如果交错密排原子层系由理想的硬球原子组成,则理想密排六方结构的 c / a 为1.633。这与室温下所测得的 c / a 为1.6236相比,说明金属镁具有接近完美的密排结构。

表1-5 纯镁的晶格常数

图1-1 金属镁晶胞结构

纯镁的晶格常数 a c 的大小与温度有关,在0~50℃的温度区间内, a (单位为nm)、 c (单位为nm)的大小可用公式表示为

a =0.32075+(7.045 T +0.0047 T 2 )×10 -6 (1-1)

c =0.52076+(11.758 T +0.0080 T 2 )×10 -6 (1-2)

式中, T 为摄氏温度(℃)。

3.物理性能

(1)密度20℃时金属镁的密度为1.738g/cm 3 ,在熔化温度下(650℃)固态金属镁的密度约为1.65g/cm 3

(2)凝固体积变化 金属镁凝固体积收缩率为4.2%,对应的凝固线收缩率为1.5%。

(3)冷却体积变化 当金属镁从650℃冷却到20℃的过程中产生约5%的体积收缩,对应的线收缩率为1.7%。

4.热性能

(1)熔点 标准大气压下,金属镁的熔点为650℃。

(2)沸点 标准大气压下,金属镁的沸点是1090℃。

(3)热膨胀 纯镁在较低温度下的热膨胀系数见表1-6。

表1-6 低温状态下纯镁的热膨胀系数

基于已发表的试验结果和美国陶氏(Dow)化学公司的研究数据,Baker提出在0~550℃温区内多晶金属镁的热膨胀系数 α t (单位为℃ -1 )可以表达为

α t =(25.0+0.0188 T )×10 -6 (1-3)

式中, T 为摄氏温度(℃)。

根据该公式推出的多晶纯镁在该温度范围内的平均热膨胀系数见表1-7。

表1-7 低温状态下纯镁的热膨胀系数

(4)热传导能力 试验测定的金属镁在低、中温区的热导率见表1-8。热导率在149~5700W/(m·K)之间变化,在温度9K时到达峰值。

表1-8 低、中温状态下纯镁的热导率

(续)

金属镁的热导率 λ [单位为W/(m·K)]还可以根据镁的Bungardt和Kallen - bach公式计算,即

λ =22.6 T/ρ +0.0167 T (1-4)式中, ρ 为电阻率; T 为绝对温度(K)。

表1-9给出了式(1-4)预测的热导率。

表1-9 理论计算的镁的热导率

(5)比热容( c p )金属镁在20℃的比热容是1.025kJ/(kg·K),不同温度时镁的比热容见表1-10。

表1-10 镁的比热容

(6)迪拜特征温度 金属镁在30K温度以上的迪拜特征温度是326K(53℃)。

(7)熔化潜热 金属镁的熔化潜热为360~377kJ/kg。

(8)升华潜热25℃时金属镁的升华潜热为6113~6238kJ/kg。

(9)汽化潜热 金属镁的汽化潜热为5150~5400kJ/kg。

(10)蒸气压 表1-11给出了金属镁的蒸气压与温度的关系。

表1-11 金属镁的蒸气压与温度的关系

(11)燃点 在标准状态下,金属镁在空气中加热到632~635℃开始燃烧。

(12)燃烧热 金属镁的燃烧热为24900~25200kJ/kg。

(13)自扩散系数 金属镁的自扩散系数在468℃时为4.4×10 -10 cm 2 /s,在551℃时为3.6×10 -9 cm 2 /s,在627℃时为2.1×10 -8 cm 2 /s。

5.力学性能

(1)拉伸性能 纯镁在20℃的典型力学性能见表1-12。

表1-12 纯镁在20℃的典型力学性能

(2)弹性模量 金属镁在温度20℃时的弹性模量与其纯度有关。当纯度为99.98%时,金属镁的动态弹性模量为44GPa,其静态弹性模量为40GPa;而当纯度变为99.80%时,金属镁的动态弹性模量增至45GPa,静态弹性模量也上升为43GPa。

(3)泊松比 金属镁的泊松比为0.35。

(4)波速 在拉拔退火金属镁材中,纵波的速度为5.77km/s,横波的速度为3.05km/s。

(5)硬度 金属镁的硬度值见表1-12。

(6)蠕变断裂值 金属镁的蠕变行为以及温度和应力对镁最小蠕变率的影响如图1-2所示。

(7)摩擦因数 在20℃下金属镁对金属镁的摩擦因数为0.36。

(8)黏度 在650℃下液态金属镁的动力黏度为1.23MPa·s,在700℃下液态金属镁的动力黏度为1.13MPa·s。

图1-2 温度和应力对镁最小蠕变率的影响

(9)表面张力 在660~852℃温度范围内,表面张力值为0.545~0.563N/m;在894~1120℃温度范围内,表面张力值为0.502~0.504N/m。 calCSWYEubiGvS8cuuY8a4Ch+ZoEfrhoqPWI64sAvY01wVcbXW58cs+GVUakm6pu

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×