高Ca-Al比Mg-Al-Ca合金的超塑性研究.pdf

1、作為最輕的常用工程合金，鎂合金廣泛應用于航空航天和汽車領域。向Mg-Al系合金加入Ca能提高鑄造性能，減小晶粒尺寸。Mg-Al-Ca合金中含有的熱穩(wěn)定金屬間化合物對鎂合金的性能有很重要的影響。
　　本論文以四種高Ca/Al質量比（約為1）的Mg-Al-Ca合金(Mg-2Al-2Ca、Mg-3Al-3Ca、Mg-4Al-4Ca、Mg-5Al-5Ca)為研究對象，通過半連續(xù)直接水冷鑄造技術制備這四種合金，采用擠壓工藝提高材料的性能，研

2、究擠壓工藝對合金微觀組織、力學性能的影響和擠壓態(tài)合金的超塑性現(xiàn)象與機理，得到以下主要結論:
　　鑄態(tài)鎂合金具有二次相分布于晶界的枝晶結構。Ca能很好地細化晶粒，Al和Ca元素含量越多，二次相含量越多，鑄態(tài)合金晶粒越細小，四種合金中Mg-5Al-5Ca的晶粒最小。合金中的相組成經(jīng)鑒定為α-Mg+大量Al2Ca+少量Mg2Ca。
　　經(jīng)過擠壓，四種Mg-Al-Ca合金的晶粒得到細化，二次相也被細化為更小的粒子。擠壓態(tài)Mg-3Al

3、-3Ca的強度最高，屈服強度和抗拉強度分別為303MPa和333MPa，伸長率為4.3％。擠壓工藝使得Mg-3Al-3Ca的屈服強度、抗拉強度和伸長率分別提升了168.1％，168.5％，26.5％。Mg-2Al-2Ca的斷裂韌性最好，Kq值為15.32 MPa·m1/2。
　　在250℃、300℃、350℃和400℃溫度，3.6×10-3s-1和3.6×10-4s-1應變速率下對合金進行超塑性拉伸實驗，四種合金在400℃時表現(xiàn)出

4、很高的伸長率，Mg-5Al-5Ca在400℃時3.6×10-4s-1應變速率下獲得最大伸長率572％，這歸因于促進晶界滑移(GBS)的晶粒細化效果。
　　利用本構方程，計算得到合金的m值和Q值。Mg-2Al-2Ca、Mg-3Al-3Ca、Mg-4Al-4Ca和Mg-5Al-5Ca合金的應變速率敏感指數(shù)m的平均值分別為0.181，0.209，0.420，0.489，超塑性變形激活能Q的值分別為147.6 kJ·mol-1，139.1

5、kJ·mol-1，100.2 kJ·mol-1，87.1 kJ·mol-1。因此，Mg-2Al-2Ca和Mg-3Al-3Ca的超塑性變形機制為晶格擴散協(xié)調(diào)的位錯攀移控制的蠕變機制(DL-DCC)，Mg-4Al-4Ca和Mg-5Al-5Ca的超塑性變形機制為晶界擴散協(xié)調(diào)的晶界滑移機制（Dgb-GBS）。對于Mg-5Al-5Ca合金，大部分高溫穩(wěn)定相Al2Ca粒子尺寸為80nm，對晶粒長大的抑制作用強烈，在晶界滑移時協(xié)調(diào)變形，因此在四種合金