鑄態(tài)及變形Mg-Sn-Si合金的組織演化和強韌化.pdf

1、Mg-Sn-Si系合金是一種潛在的新型耐熱鎂合金。到目前為止，該合金的組織結(jié)構(gòu)、制備工藝和強韌化機(jī)理處于探索階段，使其應(yīng)用和發(fā)展受到限制。本文首先采用常規(guī)凝固法制備Mg-3~8Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金，用OM、SEM和TEM觀察和分析合金組織，XRD、EDS和DSC等分析合金相結(jié)構(gòu)及組成。通過組織觀察和Thermo-Calc相圖計算研究了合金的結(jié)晶和相變過程；進(jìn)而在系統(tǒng)研究合金普通凝固組織特征和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，探索了合金的組織

2、細(xì)化及細(xì)化機(jī)理。集中研究了鑄態(tài)合金經(jīng)Sb變質(zhì)和變形加工的組織演化過程，通過分析變形合金的動態(tài)再結(jié)晶機(jī)理，揭示了晶粒細(xì)化的原因；最后在初步測試不同條件下合金的力學(xué)性能后，分析了Mg-Sn-Si系合金的強韌化機(jī)制。
　　研究表明，Mg-5Sn-1Si合金的平衡凝固順序為：L→α-Mg，L+α-Mg→α-Mg+Mg2(Si,Sn)和L→（α-Mg+ Mg2(Si,Sn)+ Mg2(Sn,Si)），之后一直到室溫發(fā)生α-Mg→α-Mg+

3、Mg2(Sn,Si)。而非平衡凝固過程包括：L→α-Mg，L+α-Mg→α-Mg+Mg2(Si,Sn)，L→α-Mg+ Mg2Si，Sn+ Mg2Si→Mg2(Si,Sn)，Sn+ Mg2(Si,Sn)→Mg2(Sn,Si)+ Si和Si+ Mg2Sn→Mg2(Sn,Si)，之后到室溫發(fā)生α-Mg→Mg2Sn+Mg2(Si,Sn)。其中Mg2(Si,Sn)和Mg2(Sn,Si)相的結(jié)構(gòu)與Mg2Si(或Mg2Sn)相同，二者的晶格常數(shù)、納

4、米硬度和彈性模量等性能介于 Mg2Si與Mg2Sn之間。通過計算Mg8Sn3Si、Mg8Si3Sn的結(jié)合能發(fā)現(xiàn)，Si(Sn)取代 Mg2Sn(Mg2Si)面心和頂點位置上的原子是等價的。Mg2(Si,Sn)和Mg2(Sn,Si)三元相通過Sn+Mg2Si→Mg2(Si,Sn)，Sn+Mg2(Si,Sn)→Mg2(Sn,Si)+Si和Si+Mg2Sn→Mg2(Sn,Si)發(fā)生原子置換，其中Mg2(Si,Sn)相的生成量由Si含量決定，Mg

5、2(Sn,Si)的生成量與被取代的Si原子數(shù)量及Sn含量關(guān)系密切。
　　在Mg-xSn-Si系鑄態(tài)合金中，Sb通過Mg2(Si,Sn)和Mg2(Sn,Si)的橋梁作用，對漢字狀Mg2Si進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化效果較為顯著。
　　正擠壓后，Mg2Si相呈現(xiàn)片狀聚集，Mg2Sn相偏聚在晶界處。Mg2(Si,Sn)相和Mg2(Sn,Si)相被細(xì)化，顆粒尺寸由鑄態(tài)10μm細(xì)化到~3μm。擠壓過程中Mg2(Si,Sn)相經(jīng)機(jī)械破碎而細(xì)化，

6、Mg2(Sn,Si)相經(jīng)機(jī)械破碎和相變而細(xì)化。往復(fù)擠壓后，組織通過連續(xù)或非連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶而細(xì)化，晶粒尺寸由鑄態(tài)的30μm細(xì)化到~8μm，經(jīng)過7道次往復(fù)擠壓，合金組織細(xì)小均勻，晶粒細(xì)化到7.7μm。
　　經(jīng)過變質(zhì)和變形細(xì)化后，合金的強度和塑性得到顯著提高，一方面是基體晶粒的細(xì)化，另一方面是強化相的均勻分布，更為關(guān)鍵的是與“Mg2Si/基體”界面結(jié)合情況相比，“Mg2(Si,Sn)或Mg2(Sn,Si)/基體”界面結(jié)合力更強，從而提高