AM系镁合金成分优化、静动态力学性能及腐蚀行为研究

发布时间：2020-09-21 13:06

　　镁合金在工业中的应用速度逐年递增,尤其是在汽车领域得到了广泛应用,随着汽车轻量化及新能源汽车的提出与实施,镁合金作为轻量化材料拥有极大的市场前景。AM系镁合金相较AZ91D镁合金拥有更好的综合性能,在汽车领域的应用量不断增大,企业和高校联合开发AM系镁合金汽车零部件成为当前的热点工作,进一步探索与研究AM系镁合金各方面的性能是其中的重要内容。本文分三部分对AM系镁合金进行研究,具体研究工作如下:(1)微调AM60镁合金中的Al、Mn含量,研究合金熔体的流动性能、微观组织、力学性能及腐蚀性能。研究结果表明,高的Al含量和适量的Mn含量的合金Mg-6.4Al-0.4Mn拥有更好的铸造流动性能、细小的晶粒,并拥有较优异的力学性能和较高的耐蚀性能。(2)对AM50+1Ce和AM60镁合金高压压铸件的微观组织进行观察、显微维氏硬度测试、静态拉伸/压缩力学性能及动态拉伸力学性能测试和断口分析。结果表明,AM50+1Ce的组织、显微维氏硬度分布更均匀。AM50+1Ce静态拉伸/压缩的屈服强度、抗拉强度和断裂总延伸率分别为147 MPa(134 MPa)、262 MPa(356MPa)、21.9%(22.5%);AM60静态拉伸/压缩的屈服强度、抗拉强度及断裂总延伸率分别为150 MPa(122 MPa)、254 MPa(344 MPa)、14.5%(23.6%)。两者拉压不对称性CYS/TYS分别为0.91和0.81。AM60镁合金应变率效应、应变率硬化更明显。两者静态拉伸/压缩的断裂裂纹从合金内部的缩孔缩松及气孔等铸造缺陷处形核、长大,向合金表面扩展,拉伸断口形貌呈韧脆混合断裂的特征。动态拉伸断口表现为多种断裂机制的混合断裂机理,随着应变率的增大,合金的断裂有由韧性向脆性断裂转变的趋势。(3)AM50+1Ce镁合金压铸件在3.5 wt.%NaCl溶液中的开路电位和腐蚀电位更负,腐蚀电流密度更大,交流阻抗较小,表明其电化学活性更高。在浸泡132 h后,AM50+1Ce和AM60镁合金高压压铸件的平均析氢速率分别为7.58?10~(-3)mL·cm~(-2)·h~(-1)和6.59?10~(-3) mL·cm~(-2)·h~(-1),两者在浸泡648 h后的平均腐蚀失重速率分别为8.34 mg·cm~(-2)·h~(-1)和9.16 mg·cm~(-2)·h~(-1),年平均腐蚀速率分别为0.422 mm/y和0.462 mm/y。AM50+1Ce镁合金压铸件在3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀更加均匀;而AM60的点蚀严重,对力学性能影响更大;在浸泡648 h后剩余强度分别为199MPa和183 MPa。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U465;TG146.22
【部分图文】：

浇注模,电阻炉,模具,熔炼炉

最后将熔融状态下的合金浇铸到预热温度为 300 ℃的金属模具中，空冷得到铸锭。熔炼炉及模具如图2.1（a）、（b）所示。为防止浇注时氧化或燃烧，浇注前和过程中往铸型内持续通入保护气体。

温拉伸,取样位置,铸锭,试样尺寸

相显微镜进行金相观察，选取金相组织清晰、晶界明显和晶粒干净的区域，并用佳能 A640 数码相机拍摄显微照片。将腐蚀好的金相样品在 TESCANVEGA II LMU型号扫描电子显微镜上观察合金显微组织，分析第二相种类、形貌及分布等。结合其附件能谱仪 INC Energy 340 的 X 射线能谱仪分析试样表面微区成分，确定试样中第二相种类。在 D/max-1200 V X 射线衍射仪上进行合金的相结构分析。2.2.3 静态拉伸力学性能测试按照 GB/T228.1-2010 设计拉伸试样尺寸，根据棒材直径不同采用不同的设计标准进行拉伸试样设计。本章实验熔炼得到的铸锭和拉伸试样取样位置及加工图如图 2.2 所示，在新三思 GMT-5105 微机控制电子万能拉伸试验机上进行力学性能测试，拉伸速率为 2 mm/min。在进行拉伸试验前，需用砂纸轻轻将拉伸样品表面的氧化物及大的划痕磨掉，但注意不要太用力改变样品的形状及尺寸，然后测量每个样品的实际尺寸，直径方向至少测量 10 个值，然后取平均值作为计算强度的样品直径大小。（a）（b）

铸态,镁合金,合金

重庆大学硕士学位论文2.3.2 显微组织图 2.4 给出了铸态 Q1、Q2 和 Q3 镁合金的光学金相显微组织。合金中主要由白色基体和黑色第二相组成，大部分的第二相主要分布在晶界处，少部分在晶粒内部，结合后文的 XRD（图 2.5）和 EDS（图 2.6）分析结果可知，白色基体相为 -Mg，黑色为 -Mg17Al12相和 Al-Mn 金属间化合物。在经过调整 AM60 镁合金中的Al 和 Mn 含量之后，铸态 Q1、Q2 和 Q3 镁合金的金相显微组织组成虽然相同，但 -Mg17Al12相和 Al-Mn 金属间化合物的数量、尺寸及晶粒尺寸等有明显的差别。在三个合金的显微组织中没有观察到明显的树枝晶，而是呈较明显的晶界， Q1 合金晶粒最大，Q3 合金晶粒最小且晶粒更加均匀，Q2 合金晶粒尺寸介于 Q1 和 Q3合金之间。经统计计算得 Q1、Q2 和 Q3 镁合金的晶粒尺寸大约为 52.3 μm、36.6μm 和 22.4μm。有关文献[112,113,123]指出，适量的 Mn 可以与 Al 形成第二相成为 -Mg 初生相的形核点，枝晶尺寸减少，从而能起到细化晶粒的效果。

【参考文献】