Mg-Zn系合金的Ca-Sr微合金化及挤压成型研究

发布时间：2021-01-11 19:16

　　Mg-Zn系合金作为一种极其重要的商用变形镁合金,目前在3C、汽车、航空航天和其它领域中应用前景广泛,然而,现有Mg-Zn系合金的力学性能还难以满足高强镁合金的要求,因此,有必要进一步针对Mg-Zn系合金的力学性能展开研究。合金化作为一种低成本、高收益的方法已在高性能镁合金的研制上得到了积极的应用,同稀土元素相比,碱土元素Ca、Sr价格低廉,在镁合金合金化过程中具有改善析出相结构、细化组织等优良特性,因此开发低成本、高强度的碱土镁合金使得Mg-Zn系合金具有高强度和良好的塑性已成为镁合金领域的研究热点之一。本课题以Mg-Zn合金为基础,通过添加钙、锶元素,熔炼制备出新型耐热的高强镁合金,研究钙锶复合添加的合金化作用机理。借助金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）等手段,探究表征铸态、热处理态及挤压变形后镁合金材料的微观组织及沉淀相分布演变特征,并测定变形镁合金材料的力学性能。针对镁合金耐热性能差的特点,通过研究镁合金的挤压成型规律,明确掌握该类材料化学成分-制备工艺-微观组织-耐热性能之间的关联性。得到主要结果如下:（1）单独添加Ca元素时,合金由镁基体、MgZn和MgZn

【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省

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室温拉伸试样的形状与尺寸

西安建筑科技大学硕士学位论文20图2.5高温拉伸试样的形状与尺寸Fig.2.5Theshapeandsizeofelevatedtemperaturetensilesample2.7.3硬度测试镁合金材质较轻，本课题中硬度测试以显微维氏硬度为主，硬度测试在半自动显微维氏硬度机上完成，硬度计型号为美国沃伯特公司生产的401MVD，试验过程中加载载荷为25g，保压时间为15s。在每个样品上取10个不同部位测定硬度值，然后去掉一个最大值和一个最小值后取平均值，即为合金的显微维氏硬度值。2.8合金的组织性能分析2.8.1合金的金相制备观察本课题需对试验镁合金的铸态组织、热处理态组织、挤压态组织进行观察分析。首先要制备好金相试样，试样的制备过程如下：1取样：在铸锭组织的心部选取组织均匀比较好的区域取样；2磨样：依次用400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#的湿砂纸进行水磨，每换一张砂纸的同时磨样的方向变换90°，同一块砂纸磨到看不到上一块砂纸的划痕为止；3抛光：在抛光机上进行抛光，打磨掉试样磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面；4腐蚀：当抛到试样表面无明显划痕就可以对其进行腐蚀，用4％硝酸酒精腐蚀铸态合金，用苦味酸腐蚀挤压态合金，腐蚀剂成分配比如表2.3所示，并用电吹风机器进行风干。最后利用上海比目仪器有限公司生产的Olympus-OHXMC50型号光学显微镜观察试样的微观组织。

西安建筑科技大学硕士学位论文233铸态Mg-5.5Zn-0.5Zr-xCa-ySr合金的组织及力学性能3.1铸态Mg-5.5Zn-0.5Zr-xCa-ySr合金的微观组织3.1.1Mg-5.5Zn-0.5Zr-xCa合金金相组织图3.1所示为铸态Mg-5.5Zn-0.5Zr、Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.2Ca、Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.5Ca、Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.8Ca合金的微观组织图，我们可以看出，铸态Mg-5.5Zn-0.5Zr合金显微组织呈枝晶状生长，组织较为粗大。当添加碱土元素Ca时，随着Ca含量的增加，析出相数目先增多后减小，合金晶粒尺寸先变小后增大；当Ca含量为0.5%时，晶粒呈等轴晶组织，析出相数目增多，均匀分布于晶粒内部和晶界处。这说明Ca元素的添加能够细化合金组织，但是当Ca含量过多时，合金相与基体的非共格性增强，对晶粒的长大过程的阻碍作用明显降低[59]。研究发现，液态合金在冷却过程中α-Mg先凝固且不断被排出液体，低熔点的液态合金来不及凝固，因此温度梯度越来越高，这就为形核提供了极大的驱动力，促进了晶粒的形核过程。Ca元素的添加改变了合金的相变点，析出了高熔点的MgZn和MgZn2相，阻碍了位错移动。图3.1铸态合金微观组织图(a)Mg-5.5Zn-0.5Zr；(b)Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.2Ca；(c)Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.5Ca；(d)Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.8CaFig.3.1OMimagesof(a)Mg-5.5Zn-0.5Zr;(b)Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.2Ca;(c)Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.5Ca;(d)Mg-5.5Zn-0.5Zr-0.8Caincastingalloy3.1.2Mg-5.5Zn-0.5Zr-xCa-ySr合金金相组织图3.2所示为铸态Mg-5.5Zn-0.5Zr-1.0Ca、Mg-5.5Zn-0.5Zr-1.0Ca-0.1Sr、Mg-5.5Zn-0.5Zr-1.0Ca-0.3Sr、Mg-5.5Zn-0.5Zr-1.0Ca-0.5Sr合金的微观组织图。从图3.2中可以看出，随着碱土元素Sr含量的增加，合金晶粒尺寸逐渐减小，当Ca含量为1.0%，Sr含量为0.1%、0.3%、0.5%时，晶粒尺寸分别为130μm、60μm、75μm（晶


本文编号：2971328