ZK31-T5镁合金

牌号谱系与材质定位

ZK31-T5，美标 Mg-Zn-Zr 系可热处理强化变形镁合金，UNS M16310，执行 ASTM B91/B107标准，国内对标 GB/T5153 ZK31，后缀 T5 定义为成型后人工时效处理，无固溶淬火工序。依靠锌元素析出MgZn₂金属间相实现时效强化，锆作为晶粒细化剂，抑制再结晶晶粒粗大，兼顾强度与塑性；供货形态以挤压棒材、挤压型材、锻件为主，少量厚板，同系列状态包含F 制造态、T5 时效态、T6 固溶时效态，满足 RoHS 环保管控。核心定位面向轻量化中高承载结构件，比强度优于 AZ31B，解决AZ31 不可热处理强化、强度上限不足，ZK61成型难度偏高的选型痛点。外贸图纸不可无条件直接互换，承载关键件替换前必须试样验证。

化学成分（质量分数，余量 Mg）

Zn：2.5~3.5%，Zr：0.45~1.0%；杂质Si≤0.10%，Mn≤0.15%，Cu≤0.03%，Fe≤0.005%，Ni≤0.005%，其余杂质总含量≤0.30%。锌是时效析出强化核心元素；锆在熔炼阶段细化铸态晶粒，改善锻压成型性能，提升抗疲劳能力；Cu、Fe、Ni为腐蚀敏感杂质，严控上限降低电偶腐蚀风险。

微观机理与性能特征

基体为镁 α 固溶体，时效后晶内弥散析出细小 MgZn₂纳米析出相，锆化物质点钉扎晶界，抑制晶粒长大。

T5 锻件典型力学性能：抗拉≥290MPa，屈服≥207MPa，断后伸长率≥7%，布氏硬度 65~75HB；密度1.79g/cm³，弹性模量 45GPa，热导率约 116W/(m・K)，线膨胀系数 25.6×10⁻⁶/℃。相比AZ31B，屈服强度显著提升，保留较好塑性，阻尼减振性能良好，切削加工性能优异。镁基体化学活性高，裸材耐大气腐蚀一般。

工艺窗口

适配挤压、锻造工艺，不适合高压压铸；可 CNC 车、铣、钻孔精加工。T5 工艺流程：热锻 /挤压成型，冷却后直接低温人工时效，无需固溶淬火，变形残余应力相对更低。存在明显轧制 /挤压织构，力学性能存在各向异性，设计时注意受力方向。焊接性能中等，优先交流氩弧焊，焊接后焊缝区域强度下降，焊后建议去应力处理，不适合主承力焊接接头。表面防护可采用化学转化膜、微弧氧化、喷涂、阳极氧化，提升盐雾防护能力。加工环节管控镁合金粉尘，做好防火防护。

核心定位与应用场景

核心定位：追求轻量化，需要中等偏高静载、疲劳载荷的挤压 / 锻造镁结构件，兼顾成型性与时效强化潜力。

典型应用：精密仪器承载支架、无人机结构锻件、车载轻量化支撑构件、运动器材受力部件、机器人小型关节构件、航空仪器支座。

竞品对标

对比 AZ31B-T5：AZ31B 属于不可热处理强化镁合金，强度上限低；ZK31-T5可时效强化，屈服更高，但成本更高，耐蚀性接近。

对比 ZK61-T5：ZK61 锌含量更高，强度更高，但塑性下降，锻造成型难度更大；ZK31-T5成型窗口更宽，塑性更好。

对比 6061-T6 铝合金：6061 强度、耐蚀性更优，密度更高；ZK31-T5减重优势突出，减振性能更好，但腐蚀防护要求更高。

选型准则与工况红线

适用工况：中等交变载荷、振动环境，需要减重，采用锻压成型，可配套表面防腐涂层的结构件。

失效边界与不适配场景：裸材不能直接用于潮湿盐雾环境，必须配套表面防护；不适合长期持续温度超过140℃工况，析出相粗化造成强度不可逆下降；不可直接与铜、钢等异种金属直接贴合装配，避免电偶腐蚀；不适合大变形冷冲压成型；强酸碱介质会快速腐蚀基体。

行业选型误区纠正

误区 1：ZK31-T5 和 T6 性能基本一致。T5 只做人工时效，T6 包含固溶 + 淬火 + 时效，T6强度更高，但内应力更大，变形风险更高。

误区 2：含锆镁合金不需要做防腐处理。锆仅细化晶粒，无法提升基体本身耐蚀，大气使用必须表面涂层。

误区 3：ZK31 可以压铸生产。ZK31 属于变形镁合金，不适合压铸，压铸易产生热裂、氧化夹杂缺陷。

选型总结

ZK31-T5 是 Zn-Zr系可热处理强化变形镁合金，核心优势是可时效提升屈服强度，兼顾良好锻造成型性、低密度与减振特性。短板为耐蚀性偏弱，需要配套表面防护，异种金属装配要做隔离设计。选型重点评估载荷等级、成型工艺、工作温度，同步规划防腐方案。