變形鎂合金晶粒細化工藝和力學(xué)性能研究.pdf

1、鎂合金具有低密度、高的比強度和比剛度、高阻尼、電磁屏蔽良好及機械加工方便等優(yōu)點，特別適用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件，近年來在航空、汽車和電子業(yè)中的應(yīng)用得到了長足發(fā)展。另一方面，為克服鎂合金強度低和塑性變形能力差的缺點，開發(fā)變形鎂合金材料成為高性能鎂合金的主要方向，而品粒細化技術(shù)則是提高變形鎂合金工藝性能以及開發(fā)高性能變形鎂合金的技術(shù)基礎(chǔ)。本文通過對純鎂和Mg-3Zn基合金添加Ca、Sr、Sb，對Mg-3Al基合金添加Sr、ca研究了它們對基體的細化作

2、剛，建立了有效的品粒細化技術(shù)基礎(chǔ)。同時還針對合金的擠壓、軋制和退火等加工處理的作了大量的探索性工作。運用光學(xué)金相分析(OM)，掃描電鏡(SEM)，能譜分析(EDAx)，x射線衍射分析(XRD)及等離子耦合光譜(ICP)等多種分析和測試手段，較系統(tǒng)和深入地研究了上述合金元素對純鎂、變形鎂合金Mg-3Zn、Mg-3Al組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響及其作用機理。 實驗表明，少量Ca、Sr和Sb對純鎂和Mg-3Zn的鑄態(tài)組織有顯著細化作用，

3、其中Ca在純鎂中以固溶原子的形式存在，在Mg-3Zn中則主要生成了Ca<,2>Mg<,6>Zn<,3>三元相，它與基體的晶體結(jié)構(gòu)不具有匹配性，主要分布于晶粒邊界及枝晶間隙，其細化作用主要來自對品粒生長的抑制；Sr和Sb則分別與α-鎂生成了六方的Mg<,17>Sr<,2>相和Mg<,3>Sb<,2>顆粒相，而未與Zn化合。這兩種相與基體有一定的匹配性，可作為非自發(fā)形核襯底，具有更好的細化晶粒的效果。適量的加入各細化劑，顯著提高了純鎂、Mg

4、-3Zn合金擠壓態(tài)和退火態(tài)的室溫下的強度，對合金的塑性亦有所的改善；過量的加入Ca，在合金組織中生成的Ca<,2>Mg<,6>Zn<,3>相會連接成脆性的網(wǎng)狀組織，從而使合金的強度下降。過量加入Sr、sb則會引起Mg<,17>Sr<,2>相和Mg<,3>Sb<,2>相的長大，也會降低合金的塑性和強度。 在Mg-3Al基體中加入Sr元素能通過降低合金過冷度和阻礙晶粒長大等方式顯著地細化合金的鑄態(tài)組織。在0.05wt﹪～1.0wt﹪

5、的范圍內(nèi)，加入0.5wt﹪的Sr得到了最好的細化效果，且其細化效果優(yōu)于Ca、Sr的復(fù)合加入或者單獨加入Ca。當(dāng)Sr含量增加到0.5wt﹪時基體中開始出現(xiàn)條塊狀的Al<,3>Mg<,13>Sr相，在AJ3100合金中還出現(xiàn)了極少量的層片狀A(yù)l<,4>sr相，這兩種化合物都為具有一定的高溫穩(wěn)定性的脆性相。但Sr含量超過0.5wt﹪時 Al<,3>Mg<,13> sr、A14Sr等顆粒明顯長大，降低了細化晶粒的效果而且使合金的強度和塑性下降。

6、 Mg-3Al基合金鑄錠經(jīng)擠壓變形后的合金基本由動態(tài)再結(jié)晶組織構(gòu)成，其組織較鑄態(tài)顯著細化，力學(xué)性能得到全面改善，表現(xiàn)為較高的強度和塑性。而擠壓坯在軋制處理后呈加工硬化態(tài)，其組織由大量不規(guī)則變形的品粒和孿品組成，強度得到更大幅度的提高，延伸率則有所降低。退火使合金的強度隨著退火溫度的提高而逐步下降，延伸率逐步上升。軋制合金的再結(jié)晶晶粒尺寸明顯小于鑄態(tài)合金的品粒尺寸，且強度仍人大高于鑄態(tài)合金的強度。對加工態(tài)和退火態(tài)合金一致的是，Sr