Mn、Al對鋅鋁合金組織以及熱疲勞性能的影響.pdf

1、本文以ZA系列中目前應(yīng)用最廣泛的ZA27合金（Zn-28Al-2.2Cu合金）為第一種基體合金，另外改變其含鋁量為37％～39％，設(shè)計(jì)新的鋅鋁合金Zn-38Al-2.2Cu合金，并以之為第二種基體合金。通過向2種基體合金添加不同量的合金元素Mn，制備出各試驗(yàn)試樣。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)分析等手段以及基本的力學(xué)性能測試法，研究添加不同量的Mn元素后，Zn-28Al-2.2Cu合金和Zn-38Al-2.2Cu合金的力學(xué)性

2、能、微觀組織、生成相形態(tài)及分布，并分析其作用機(jī)理。應(yīng)用自約束型熱疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行各試樣的熱疲勞試驗(yàn)，研究Al、Mn對鋅鋁合金熱疲勞性能的影響。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Mn含量為0.4％的Zn-28Al-2.2Cu合金組織較細(xì)，α相大小均勻，富Mn相大小適中且均勻分布在基體中，綜合力學(xué)性能及熱疲勞性能達(dá)到最高，其抗拉強(qiáng)度、延伸率及布氏硬度分別為441Mpa、5.67％和134HB，合金的主裂紋最短，裂紋整體較細(xì)、變形區(qū)最小，而且沒有形成分

3、叉，基體保持了一定的連續(xù)性，熱疲勞性能最好。含量為0.6％的Zn-38Al-2.2Cu合金組織較均勻，富Mn相大小適中，合金的綜合力學(xué)性能及熱疲勞性能最高。其抗拉強(qiáng)度、延伸率及布氏硬度分別為530.97Mpa、1.83％和136HB，合金的主裂紋最短且細(xì)小，熱疲勞性能最好。
　　隨著Al含量的增加，Zn-38Al-2.2Cu合金中α相數(shù)量增加，（α+η）共析體數(shù)量減少，金相組織相比較Zn-28Al-2.2Cu合金更加均勻，增大了在

4、加載過程中相鄰晶粒之間相互協(xié)調(diào)變形的能力，塑性大幅度提高。Zn-28Al-2.2Cu合金的疲勞破壞主要看兩個(gè)方面，一是主裂紋的擴(kuò)展，二是變形區(qū)的大小。其熱疲勞破壞的過程是由主裂紋擴(kuò)展、變形區(qū)的大幅度塑性變形和過渡區(qū)逐漸變成變形區(qū)三個(gè)過程交錯重疊在一起的。Zn-38Al-2.2Cu合金熱疲勞破壞方式和Zn-28Al-2.2Cu合金的不同，Zn-38Al-2.2Cu合金熱疲勞破壞過程中，沒有出現(xiàn)變形區(qū)和過渡區(qū)，試樣表面相對較平整，主要通過主

5、裂紋的擴(kuò)展來釋放應(yīng)力。與添加Mn的Zn-28Al-2.2Cu合金系列相比，添加Mn的Zn-38Al-2.2Cu合金系列的熱疲勞性能更好。
　　熱疲勞裂紋主要沿著晶界和晶間組織擴(kuò)展，初生α相對熱疲勞裂紋有一定的阻礙作用，富Mn相提高了合金的熱強(qiáng)性，彌補(bǔ)了高溫環(huán)境下鋅鋁合金晶界強(qiáng)度低的不足。鋅鋁合金中不同大小的第二相對鋅鋁合金的熱疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響是不同的。當(dāng)?shù)诙啻笮∵m中、數(shù)量較多、分布均勻時(shí)，富Mn相能夠有效組織晶界滑動，提高