金屬型鑄造Mg-Zn-Al-Ca耐熱鎂合金的研究.pdf

1、在日新月異發(fā)展的汽車(chē)和電子行業(yè)，Mg-Zn-Al系合金是一種新型，具有良好抗蠕變性能、鑄造性能、以及低成本的鎂合金。然而該合金的某些性能等尚未達(dá)到令人滿意的程度，尤其常溫和高溫力學(xué)性能在同時(shí)兼顧方面還存在一些問(wèn)題。鈣是提高合金高溫性能的重要合金元素，用鈣進(jìn)行合金化是提高鎂合金高溫性能的主要措施之一。
　　 本文通過(guò)普通金屬型鑄造成形工藝，利用金相顯微鏡，X射線衍射儀，掃描電鏡，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等分析手段，研究了Mg-Zn-Al合金

2、中不同Zn含量(8[％]～12[％])對(duì)合金顯微組織和力學(xué)性能的影響；同時(shí)，研究了Ca對(duì)Mg-(8[％]～12[％])Zn-4Al顯微組織和力學(xué)性能的影響，并深入探討了Ca對(duì)合金顯微組織的細(xì)化機(jī)理以及金屬液凝固過(guò)程中合金相的形成原理。研究結(jié)果表明：
　　 1)試驗(yàn)所選Mg-Zn-Al系基體合金的鑄態(tài)組織組成相均為α-Mg，τ-Mg32(Al,Zn)49及φ-Al2Mg5Zn2相，τ-Mg32(Al,Zn)49相的存在形態(tài)為斷續(xù)的

3、條狀，半連續(xù)、連續(xù)的網(wǎng)狀，而φ-Al2Mg5Zn2相則均以孤島狀形態(tài)獨(dú)立存在。隨Zn含量的增加，顯微組織由細(xì)小的條狀、孤島狀、以及細(xì)網(wǎng)格狀，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘脒B續(xù)、連續(xù)且粗大的網(wǎng)狀，尤其當(dāng)Zn含量相當(dāng)多(試驗(yàn)為12[％])時(shí)，局部區(qū)域呈現(xiàn)大片蜂窩狀織構(gòu)連接而成的網(wǎng)狀，此時(shí)，布氏硬度上升至最大值71.3HB；而抗拉強(qiáng)度與沖擊韌性都直線下降，由Zn含量8時(shí)的189MPa、8.4J/cm2分別下降至Zn含量12[％]時(shí)的168MPa、5.5J/cm

4、2，且當(dāng)其含量在8[％]～10[％]之間時(shí)，下降緩慢；高于10[％]以后，則下降急速。
　　 2)Ca的加入，少量能固溶進(jìn)入合金，故而促使強(qiáng)峰發(fā)生偏移。隨ZA系試驗(yàn)合金中鈣含量的增加，τ-Mg32(Al,Zn)49相峰明顯增強(qiáng)，而α-Mg峰、以及φ-Al2Mg5Zn2相峰相對(duì)減弱，說(shuō)明加入Ca后，φ-Al2Mg5Zn2相的析出得到抑制，而τ-Mg32(Al,Zn)49相的析出得到促進(jìn)。此外，對(duì)ZA84合金而言，無(wú)含鈣相的生成；但

5、對(duì)ZA104以及ZA124合金來(lái)說(shuō)，合金相隨鈣含量的變化而變化，且ZA104合金在鈣含量為0.3[％]時(shí)即產(chǎn)生了新相τ1、τ2[(Mg,Ca)32(Al,Zn)49]，而ZA124合金則當(dāng)鈣含量添加至0.6[％]才有新相τ1的形成。同時(shí)，Ca對(duì)ZA系試驗(yàn)合金的組織和相的形成均有一定的影響，其主要表現(xiàn)在：微量鈣的加入，可細(xì)化組織和晶粒，網(wǎng)狀相的網(wǎng)格變細(xì)，且網(wǎng)格的連接處出現(xiàn)斷裂狀的細(xì)化，有的甚至斷裂成孤立的強(qiáng)化相，而后隨鈣含量的逐漸增加，微

6、觀組織逐漸變得粗化，且當(dāng)鈣含量達(dá)最大(試驗(yàn)為0.9[％])時(shí)，組織中呈現(xiàn)粗大的半連續(xù)、連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
　　 3)Ca對(duì)試驗(yàn)合金室溫力學(xué)性能的影響，主要體現(xiàn)在：隨鈣含量的增加，所有合金的布氏硬度值相應(yīng)遞增，且當(dāng)鈣添加量較少(試驗(yàn)所用為0.3[％])時(shí)，各種合金的硬度值變化較為明顯，曲線上升較為急速(尤其對(duì)于ZA104合金)，而后隨鈣含量的繼續(xù)增加，上升趨勢(shì)相對(duì)緩慢，且三種合金ZA84、ZA104、ZA124的最高硬度值分別為71

7、.2HB、78.5HB、73.9HB；合金的沖擊韌性值先增加后降低，且ZA124及ZA104合金在鈣含量為0.3[％]時(shí)，沖擊韌性達(dá)到最大值，且分別為6.4J/cm2、8.9 J/cm2，而ZA84則在含鈣0.6[％]才達(dá)最大值10.4 J/cm2；所有試驗(yàn)合金的抗拉強(qiáng)度均在鈣含量為0.3[％]時(shí)達(dá)到最大值，其中ZA104合金表現(xiàn)最為顯著，最大的抗拉強(qiáng)度值為203MPa，而后隨鈣含量的增加，各類(lèi)合金的抗拉強(qiáng)度均呈直線下降，直到含鈣0.9

8、[％]時(shí)，ZA84、ZA104、ZA124合金的抗拉強(qiáng)度值分別下降至149MPa、157Mpa、143 Mpa，屈服強(qiáng)度與延伸率均隨抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)相應(yīng)變化。Ca能有效提高合金的高溫拉伸性能，尤其對(duì)ZA104合金表現(xiàn)最為明顯，且當(dāng)Ca含量為0.3[％]時(shí)獲得最佳延伸率17.3[％]，此時(shí)抗拉強(qiáng)度也達(dá)最高190MPa。
　　 4)拉伸斷口分析表明：隨Zn含量的增加，試驗(yàn)合金的拉伸斷裂方式由Zn含量8[％]時(shí)的準(zhǔn)解理斷裂，慢慢轉(zhuǎn)變成Zn