铸造AZ91镁合金应力腐蚀性能研究

发布时间：2020-06-30 05:19

【摘要】：镁合金作为一种轻质的工程结构材料,具备高比强度和比刚度,优异的阻尼性能以及抗电磁波干扰能力等特点,而且易于切削加工和回收利用,被广泛应用于汽车、3C等工业领域。但是镁合金的抗腐蚀性能很差,尤其是当镁合金构件在服役过程中承受着外加载荷与服役环境的双重作用时,极易发生应力腐蚀开裂(SCC),使得镁合金构件的承重能力下降,易于发生突发性断裂失效。这不仅造成了安全隐患,还限制了镁合金的应用范围。因此,揭示镁合金应力腐蚀开裂机理,寻求改善镁合金应力腐蚀性能的方法对于镁合金的推广应用具有重要意义。本文以铸造AZ91镁合金为研究对象,通过研究AZ91镁合金的预浸泡脆化行为,验证了氢脆的作用机理。并采用不同的热处理(T4、T6)工艺以及稀土Er、Ce合金化的方法,通过改变微观组织,系统地研究了AZ91镁合金在潮湿大气环境下的应力腐蚀开裂行为。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)、腐蚀失重测试、动电位极化曲线测试以及慢应变速率拉伸(SSRT)试验等手段,观察分析镁合金的微观组织和物相组成、静态腐蚀特征、应为腐蚀行为及应力腐蚀断口形貌。详细探讨了T4、T6热处理和稀土元素Er、Ce对AZ91镁合金应力腐蚀性能的影响规律和作用机理。研究结果表明,在预浸泡过程中,AZ91镁合金阴极析氢反应过程生成的氢原子会有部分溶入到镁基体,在慢应变速率拉伸试验过程中引发氢脆,同时,合金表面的点蚀坑附近形成应力集中,导致合金的强度和塑性降低。试样进行除氢处理后,合金的力学性能并不能完全恢复,这是由于合金内部残留的氢原子和不可逆的阳极损伤所致。因此,AZ91镁合金的预浸泡脆化行为可归因于氢脆与应力集中的综合作用。在阳极溶解和氢致开裂的耦合作用下,AZ91镁合金在潮湿大气环境下发生应力腐蚀开裂,而T4及T6处理后,AZ91镁合金的应力腐蚀抗力显著提高。T4处理使得β-Mg_(17)Al_(12)相发生溶解,分解成的Mg、Al原子扩散到α-Mg基体,形成单相过饱和固溶体。通过增加α-Mg基体中的Al含量以及减少阴极相的数量,提高了镁基体的耐蚀性。T6处理后,β-Mg_(17)Al_(12)相在晶界和晶内分别以层片状和粒状重新析出,形成连续的腐蚀阻挡层,阻碍腐蚀的扩展,降低AZ91镁合金的腐蚀速率。此外,T4和T6处理可在一定程度上阻滞AZ91镁合金的阴极析氢反应过程,氢原子数量减少。热处理后β-Mg_(17)Al_(12)相的溶解或均匀析出降低了氢的偏聚程度。通过减缓镁基体的腐蚀以及弱化氢脆的影响,T4及T6处理均明显降低了AZ91镁合金的应力腐蚀敏感性。稀土Er、Ce添加后,粗大骨骼状的β-Mg_(17)Al_(12)相由不连续网状分布转变为细小的弥散岛状分布,并生成粒状的Al_3Er和针状的Al_(11)Ce_3稀土金属间化合物,减少β-Mg_(17)Al_(12)相的体积分数。稀土Er、Ce提高了AZ91镁合金的耐蚀性,主要是由于β-Mg_(17)Al_(12)相的体积分数减少,降低了阴、阳极表面面积比,从而抑制β-Mg_(17)Al_(12)相的微电偶腐蚀加速作用。同时,腐蚀产物膜中稀土氧化物的存在提高了表面膜的致密性与稳定性,可有效隔离腐蚀介质。通过改善AZ91镁合金的抗局部腐蚀性能,阻滞裂纹的萌生、扩展以及弱化氢脆的影响,稀土Er、Ce极大提高了AZ91镁合金在潮湿大气环境下的应力腐蚀抗力,合金的应力腐蚀断口也由脆性解理断裂转变为准解理断裂,且断口边缘局部腐蚀程度大大减轻。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22
【图文】：

汽车零部件,镁合金

车公司采用半固态压铸技术制造的镁合金赛车离合器片与汽车传动零件等[23]。我国汽车行业也在越来越多的采用镁合金零部件。北汽牵头研发镁合金汽车轮毂，采用正反挤压超塑性成型工艺生产的镁合金轮毂，各项性能指标均优于铝合金轮毂。东风汽车公司致力于镁合金研发，近期投产的多条镁合金压铸件生产线，可批量生产商用车的脚踏板、制动阀体等多种汽车零部件[23]。目前，汽车用镁合金零部件绝大部分是压铸件，主要是 AZ、AM、AE、AS 等 4 个系列，最为典型的镁合金主要有 AZ91、AM50、AM60、AE41、AE42 和 AS41 等。其中，AZ91 镁合金综合性能优良，是最常用的镁合金，可用于制造任何形式的零部件，如离合器支架、凸轮盖、支架灯等。AM50 与 AM60 镁合金延展性优异，可用于制造车门部件和设备仪表板。AS41 镁合金的高温强度较高，可用于车辆空冷型发动机的电机支架、叶片定子和离合器活塞等。AE41 和 AE42 镁合金具备良好的力学性能，且抗高温蠕变性能优异。图 1.1 为部分镁合金汽车零部件。

应力腐蚀,条件,绪论,变速率

第 1 章绪论荷或者恒位移等试验条件下才会显示应力腐影响因素因素众多，归纳起来大致可分为三类。一是材相的数量及分布、晶粒尺寸和夹杂数量等。变速率等。三是环境因素，包括腐蚀介质的，对每一种材料而言，不同的材料加工制备腐蚀的影响并不相同。图 1.2 为上述三种因

【参考文献】