半固态成形用Mg-20Al-0.8Zn镁合金的细化研究

发布时间：2020-05-14 09:16

【摘要】： Mg-20Al-0.8Zn镁合金是在研究AZ91D镁合金半固态等温热处理演变机理的基础上开发出来的。前期研究显示,Mg-20Al-0.8Zn镁合金表现出较好的半固态特性。为了进一步提高该合金半固态的流变性,本课题采取细化半固态非枝晶组织的方法,选取了Sb作为变质剂,优化了Sb变质Mg-20Al-0.8Zn镁合金的工艺参数,并分析了Sb在半固态等温热处理过程中对Mg-20Al-0.8Zn镁合金半固态浆料组织的影响。实验结果表明,Sb含量为0.75%,变质温度为780℃,浇注温度为700℃时,Sb对Mg-20Al-0.8Zn镁合金变质细化效果最为明显,初生晶尺寸85μm。这主要是因为Sb加入熔体后生成Mg_3Sb_2相,该相不仅作为晶核,为合金提供了异质形核核心,增加了合金的形核率,而且在晶粒长大的过程中,聚集在固/液界面前沿,成为晶粒长大的阻力,进一步细化了晶粒。对比研究了Mg-20Al-0.8Zn镁合金变质前后的半固态等温热处理的组织。在485℃进行半固态等温热处理时,合金开始获得球状组织的时间由变质前的120min降为30min,半固态浆料中球状组织大小由变质前103μm降为59μm,球状组织持续时间增加到75min。这主要是因为半固态浆料中的Mg_3Sb_2相聚集在固/液界面前沿,抑制了球状组织的生长。为了适应压铸成形,对压铸坯料进行了等温热处理校定,采用两步式加热法,即先在535℃保温30min,然后降温至485℃保温100min,结果表明可以获得相同效果的半固态浆料组织。对经0.75%Sb变质后Mg-20Al-0.8Zn镁合金进行了液态与半固态压铸成形实验,并结合实验结果进行了对比分析。实验结果表明,液态压铸抗拉强度为198MPa,硬度114HBS;半固态压铸抗拉强度为176MPa,硬度124HBS。断口扫描后显示两者均为脆性断裂。
【图文】：

铸态组织,镁合金

图3.1Mg一ZoAI一O.SZn镁合金铸态组织对树枝晶表面进行电子探针分析，位置为图3.lb，A处，见图3.2，Mg为92%，Al为8%，AI含量低于Al在a一Mg的固溶极限(12.7%)，这是因为采用金属铸型浇注，冷却速度较快，，p一Mgl7All:没有充分的时间固溶到a一Mg初生晶中。对树枝晶周围的黑色部分进行电子探针分析，位置为图3.lb，B处，见图3.3，Mg为68%，Al为32%。其Al含量略低于理论共晶组织(a一Mg+p一Mgl7AllZ)中的Al含量(33.5%)。其形成机制可以理解为液相在凝固过程中先析出a一Mg相，a一Mg相的Al含量很低，溶质再分配会使液相排出大量的Al原子，在非平衡凝固条件下，富集于a树枝晶周围的液相中，为p相的析出创造了浓度条件，故而在a枝晶周围形成了白亮色的p相晕圈(见3.lb，B处)。溶质中过多的Al原子以晕圈p相为基底逐步长大，形成一定浓度梯度，同时阴.碍了Mg的进一步析出，因此共晶组织中Al含量略低理论值。因此Mg一20AI一0.szn镁合金原始铸态由初生晶a一Mg及其周围的共晶组织构成，过量的p一Mgl7All:相依附于初生晶形成晕圈。

树枝晶,镁合金,电子探针分析,L图

M9八!R八PR八P9。89008.33987339.863171.392.3144358.003717.570。096392。0327.968100。00092.7667.294Mg八lKaKa丁O丁八L图3.2Mg一ZoAI一o.szn镁合金树枝晶电子探针分析图
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG146.2

【参考文献】