高压扭转对AZ91D镁合金固溶与时效行为的影响

发布时间：2020-05-06 18:20

【摘要】：镁合金作为当前最有应用前景的材料之一,它的密度小、韧性好、减震性强、凝固速度快、优良的切削加工性等优点受到广泛的关注,但镁合金的弊端也非常突出,如室温塑性差、强度低、耐蚀性差等,想要使镁合金有广阔的应用,就要解决这些尖锐的问题。本文对铸态AZ91D镁合金分别进行了固溶处理、高压扭转+固溶处理、固溶+时效处理、固溶+高压扭转+时效处理。分别采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方法对各组实验合金进行显微组织研究,采用显微硬度计(HV)对镁合金的硬度性能进行测试。探讨了固溶和时效+高压扭转对AZ91D镁合金的第二相溶解和析出行为的影响。实验结果显示:对于(高压扭转+)固溶处理对比实验,高压扭转对铸态组织的细化明显,平均晶粒尺寸从固溶态171~350μm细化至HPT+固溶态的30~49μm;经过高压扭转使得固溶温度降低,固溶时间缩短,第二相β-Mg_(17)Al_(12)相能更快的溶入基体中,但显微硬度提高并不明显,只提高了4 HV;对于固溶(+高压扭转)+时效处理对比实验,高压扭转对经固溶处理的铸态组织细化非常明显,晶粒大小由数百微米细化至纳米晶级别,经过高压扭转使得时效温度降低,时效时间缩短,第二相β-Mg_(17)Al_(12)相由固溶时效态的长杆状和块状变为椭圆块状和颗粒状,变得更细小、分布于更加均匀,显微硬度提高明显,相对于固溶时效处理态提高了42%,达到128HV。高压扭转能促进第二相的析出与溶解,并且改变了随后时效处理所析出的β-Mg_(17)Al_(12)相形貌,显著提高了固溶时效处理态的显微硬度,但对仅固溶处理的硬度影响较小。
【图文】：

晶体结构,孪晶,晶面,滑移系

燕山大学工学硕士学位论文化学性质活泼，在空气中极易氧化变暗。Mg 的原子序数为 12；相对原子质量为 24.3；Mg 密度为 1.78 g/cm3，仅为铝的 2/3，钛的 2/5，钢的 1/4，铜的 1/5；熔点为 650 ℃，沸点为 1107 ℃，熔化潜热为 368 J/g。Mg 的晶体结构为密排六方结构（a=0.32092 nm，c=0.52105 nm，c/a=1.633），图 1-1 为 Mg 的晶体结构[5]。当温度低于 225 ℃时，Mg 的主要滑移系为{0001}<1120>,次滑移系为{1011}<1120>,当温度高于 225 ℃时，滑移还可以在{1011}<1120>上进行。孪晶出现在{1012}晶面簇上，二次孪晶出现在{3034}晶面上，，高温下，{1013}晶面也会出现孪晶。Mg 合金的这种密排六方此结构会有高温下塑性好，可以进行热加工，但室温塑性差的特点。纯 Mg 的电极电位低(-2.37 V)，耐蚀性能差，在水环境中和酸和盐溶液中易被腐蚀，但对碱类、汽油和矿物油具有化学稳定性，因此 Mg 合金可作为输油管道的材料[6]。

相图,相图,力学性,合金

图 1-2 Mg-Al 二元平衡相图[14] Mg 合金Mg 合金在工程中也被广泛使用。Mg-Zn 系 Mg 合金的强度和负载能力[16]。当前已开发出的 Mg-Zn -Zn-Zr-RE、Mg-Zn-RE、Mg-Zn-Cu、Mg-Zn-Mn 等系列Zr，不仅可以使晶粒得到细化从而提高强度，还可提前开发的较成熟的 Mg-Zn-Zr 系镁合金有 ZK20 和的 Cu，可以使固溶温度升高，促进析出相的空位形n 合金时效硬化效应[17]。目前开发出的主要牌号有 Zn 二元合金中添加稀土元素，可以改进材料的力学性的稀土元素有：Y、Gd、Ce、Nd、以及 MM 等。M具有高的强度、低的挤压温度、可以时效强化以及价号有 ZM21 和 ZM61 等。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22;TG156.9

【参考文献】