Mg-6Zn-xTi合金及其半固态组织与性能的研究

发布时间：2020-08-28 10:07

　　镁合金具有密度小、比强度高、铸造性能佳、可再生等优点,目前在汽车行业、航天航空行业、电子通讯行业以及兵工领域得到广泛的应用。本文采用金属型铸造制备Mg-6Zn-xTi(x=0%,0.3%,0.5%,0.8%)镁合金,并通过光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究Ti含量的变化对合金微观组织的影响,并采用万能力学试验机以及维氏硬度计等手段测试并研究了Mg-6Zn-xTi合金的力学性能。合金半固态非枝晶组织应用等温热处理技术来制备,分析合金非枝晶组织的演变过程以及Ti含量的变化对Mg-6Zn半固态组织的影响,并探讨其中的规律。通过实验可知,Mg-6Zn合金主要由α-Mg+MgZn_2两种共晶相组成;随着0.3%的Ti的加入,Mg-6Zn-0.3Ti合金的共晶相转变为α-Mg+MgZn_2+TiZn_(16)+TiZn_3相;当Ti含量增加到0.5%时,Mg-6Zn-0.5Ti合金的共晶相主要由α-Mg+MgZn_2+TiZn_(16)相组成;继续增加Ti含量至0.8%时,Mg-6Zn-0.8Ti合金的共晶相转变为α-Mg+MgZn+TiZn_(16)+Mg_7Zn_3相。随着Mg-6Zn-xTi合金中Ti所占比重的升高,Mg-6Zn-xTi合金的抗拉强度及伸长率均显示了先增加后下降的趋势,且Mg-6Zn-0.5Ti合金具有最高的抗拉强度和伸长率,其抗拉强度和伸长率分别为212MPa和11.2%。此外,Mg-6Zn-xTi合金的硬度也随着Ti含量的增加呈现先上升后下降的趋势,且Mg-6Zn-0.5Ti合金具有最高硬度值,硬度值为62.94HV。通过对合金拉伸断口的分析可知,Mg-6Zn-xTi合金的断裂方式主要分为两种,即准解理断裂和解理断裂。综合考虑实验合金力学性能,本文选择Mg-6Zn-0.5Ti合金进行热处理实验,其热处理工艺为:固溶处理340℃+12h,时效处理160℃+10h、20h、30h、40h、50h。热处理其抗拉强度最高达到308MPa,硬度最高可达到77.69HV。Mg-6Zn-0.5Ti合金热处理后的断裂方式主要为解理断裂。等温热处理实验过程中,Mg-6Zn合金半固态非枝晶组织受Ti元素的含量变化影响较大。Mg-6Zn二元合金的最佳半固态工艺为580℃+30min,此时合金的颗粒尺寸、形状因子以及固相率分别为71μm、1.6以及64.5%。Mg-6Zn-0.3Ti合金的最佳半固态工艺为590℃+30min,此时合金的颗粒尺寸、形状因子以及固相率分别为60μm、1.2以及64.0%。Mg-6Zn-0.5Ti合金的最佳半固态工艺为600℃+40min,此时合金的颗粒尺寸、形状因子以及固相率分别为59μm、1.2以及65.0%。Mg-6Zn-0.8Ti合金的最佳半固态工艺为610℃+40min,此时合金的颗粒尺寸、形状因子以及固相率分别为70μm、1.4以及69.0%。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.22
【部分图文】：

发展方向,镁合金

航空航天领域以及兵工领域的应用越来越广泛。在航空航天领域，镁的减重效果非常好。且随着镁合金比强度、比刚度、耐热强度以及蠕善，镁合金在航空航天领域的应用将继续扩大。在兵工领域，一些发始着力研究镁合金轻兵器。目前，镁合金应用于很多轻型新兵器，如轻榴弹、侦察车、装甲救护车等[13,14]。）镁合金在摩托车领域的应用金在摩托车领域的应用主要有以下几个优点：镁合金的使用能有效降耗；镁合金的使用能有效降低震动和噪音；镁合金的使用便于优化摩提高驾驶者的舒适性。目前，镁合金在摩托车领域的应用已经相当成车上的主要零部件有后备箱盖、曲轴箱体以及各种支架类零部件等[15）镁合金在电子工业中的应用年，数字化技术迅猛发展，对电子通讯产品的要求不断提高。镁合金。有镁合金为材料的薄壁铸造件有较高的比强度、比刚度以及抗撞击能好、防震、电磁屏蔽性能佳、美观等优点。这符合电子通讯产品体成以及环保的要求[17-19]。多年多镁合金的研究讨论，得出了镁合金的大体发展趋势，如图 1.1

工艺图,半固态成形,工艺

3.1 半固态加工概念及特点20 世纪末，金属非枝晶组织的特殊性最早由 Flemings 等人报道[24-25]。通过金属态成型处理，合金的形貌得到改善，同时对合金晶粒有细化作用，并且能相应提高是力学性能。因此，镁合金半固态成型技术得到广泛关注。迄今为止，半固态非枝晶组织的制备方法主要有机械搅拌法、电磁搅拌法以及化粒细化法三种。（1）机械搅拌法[26]。机械搅拌法主要通过机械搅拌，使初生的金属树枝晶粒加裂，再以破裂的初生树枝晶晶壁作为结晶的核心。从而促进非枝晶的形成。（2）电磁搅拌法[27]。电磁搅拌法是通过在结晶器附近施加磁场，当金属液流过器时，金属液会受到剪切力的作用。此时，初生的基体相的晶粒取向由于剪切力的，不能按树枝晶方向生长，从而使晶粒趋于球化。（3）化学晶粒细化法[28]。化学晶粒细化法是通过在合金熔炼过程中，向其熔体加一定量的颗粒细化剂。从而晶粒的数量将大大增加，并且晶粒的结晶方式也发生。最终获得了细小的半固态非枝晶组织。

实验方案设计

8图 2.1 实验方案设计实验材料验原材料为纯 Mg 锭、纯 Zn、以及海绵 Ti，准备好不同成分所需原来后最终获得 Mg-6Zn-xTi 合金。验中，所用到的其他用品有：1） C2Cl6 镁合金精炼剂，精炼剂应在全部合金元素都加入之后并在合金加入，起到除渣、精炼的作用。2） RJ-2 镁合金覆盖剂，由于镁的化学性质非常活泼，熔炼过程中，镁合时会发生剧烈的氧化反应导致燃烧，开炉时，加入 RJ-2 镁合金覆盖剂可3）Ar2 气体，熔炼过程中，用 Ar2 气体充当保护气体填充熔炼炉，阻止触。4）硫磺粉，浇铸过程中，加入微量硫磺粉，能够很好的限制合金熔体与 O

【参考文献】