Mn含量对铸造Mg-Zn-Cu合金组织和性能的影响
发布时间：2022-01-07 21:17
采用电磁感应熔炼制备了Mg-8Zn-0.5Cu-xMn系列合金,探究了Mn含量对合金组织和性能的影响。结果表明,铸态合金组织主要为α-Mg+MgZn2和MgZnCu相,经过固溶处理后大部分Zn元素被固溶进基体,在晶界处残留少量Mg（Zn,Cu）2相,经双级时效处理后第二相分布更为致密。随着Mn含量提高,合金晶粒尺寸明显细化。随着Mn含量增加至1%,合金中Mn元素团聚成富Mn颗粒。时效态的Mg-8Zn-0.5Cu-0.5Mn合金表现出良好的综合性能,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为130MPa、228MPa和6.8%。
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(10)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Mg-8Zn-0.5Cu-xMn铸态和时效态的断口SEM
图1为铸态和时效态Mg-8Zn-0.5Cu-xMn合金的金相组织。可以看出，合金主要由树枝状的α-Mg固溶体、金属间化合物和一些难溶性颗粒组成，并在枝晶间和晶界处分布着共晶组织。从图1a可以看出，组织形貌为花瓣状，且花瓣分布无规律，在晶界周围存在第二相。从图1c可以看出，当Mn含量为0.5%时，合金晶粒尺寸更加细小，显微组织比较均匀且呈网格状，这种组织由于晶粒均匀，会使位错的滑移路程减小，从而更容易协调相邻的位错源[11]，能获得更好的力学性能。从图1e可以看出，晶粒的尺寸虽然更加细小，但是组织并不均匀。从图1b可以看出，未添加Mn的合金在热处理后大部分第二相都溶入了基体，仅在晶界处存有少量细小颗粒状和块状相。当Mn含量增加至0.5%，晶界处的第二相明显增多，见图1d，呈现均匀分布的状态，晶界尺寸变小。当Mn含量增加至1%，晶界处分布着大量杂乱的第二相和难溶性颗粒，见图1f。因此，可以看出Mn元素的添加能细化晶粒尺寸，并且影响第二相的形貌和分布。
图2为Mg-8Zn-0.5Cu-0.5Mn合金铸态和时效态的XRD图谱。可以看出，铸态合金中第二相主要为MgZn2和MgZnCu，经过固溶和时效处理后，MgZn2相大量固溶进基体中，剩余少量MgZn2与MgCu2同时存在，用Mg(Zn,Cu)2表示。Mg-Zn-Cu合金的共晶组织包含更多的MgZn2相和较少的MgZnCu相，其中在铸态时Cu主要以MgZnCu相的形式存在于晶界。图3和表2为不同Mn含量的合金在铸态以及时效态的SEM和EDS分析结果。可以看出，合金中第二相主要以树枝状形态分布在晶界处，晶内存在少量粒状第二相。结合XRD物相分析，确定了其主要存在的物相为α-Mg、MgZn2和MgZnCu。根据EDS检测结果可以发现，在铸态合金共晶组织中含有更多的MgZn2和较少的MgZnCu，其中Cu元素总体上以MgZnCu的形式存在。研究表明，MgZnCu相分散在晶粒内部，并限制位错运动以增强合金基体强度[11]；而在α-Mg晶界处的MgZnCu相以不连续网状分布，防止晶界滑移从而强化晶界，改善合金的力学性能。然而，晶界周围聚集着过多的MgZnCu相，这导致了合金成分分布杂乱不均衡，导致其力学性能下降。此外，随着Mn元素添
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-6Al-1Sn合金板材的微观组织与力学性能[J]. 鲁若鹏,程仁山,李昆,潘虎成. 华中科技大学学报(自然科学版). 2020(06)
[2]Al对压铸Mg-10Zn合金热裂性及微观组织的影响[J]. 李德江,权北北,朱文杰,胡斌,曾小勤. 特种铸造及有色合金. 2019(06)
[3]镁合金中的第二相颗粒强化[J]. 曾小勤,朱庆春,李扬欣,丁文江. 中国材料进展. 2019(03)
[4]稀土元素Y对挤压态Mg-Zn-Y-Zr合金的微观组织及力学性能的影响[J]. 马立民,王海轩,张立新,陈文振. 精密成形工程. 2018(02)
[5]Zn含量对Mg-xZn合金组织和力学性能的影响[J]. 张玉,郝远,黄晓锋,郭峰,杨健长,马颖,毕广利. 特种铸造及有色合金. 2017(06)
[6]铸造ZC62镁合金的时效行为[J]. 李萧,刘江文,罗承萍. 金属学报. 2006(07)
博士论文
[1]Mg-Zn-Y合金中LPSO相的调控及其对阻尼和力学性能的影响机制研究[D]. 鲁若鹏.重庆大学 2015
硕士论文
[1]高强度低成本Mg-Zn-X系合金的设计与研究[D]. 张培霖.中北大学 2019
[2]Mg-Zn-Cu合金的变形与热处理研究[D]. 兴春梅.沈阳理工大学 2009
本文编号：3575285
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(10)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
Mg-8Zn-0.5Cu-xMn铸态和时效态的断口SEM
图1为铸态和时效态Mg-8Zn-0.5Cu-xMn合金的金相组织。可以看出，合金主要由树枝状的α-Mg固溶体、金属间化合物和一些难溶性颗粒组成，并在枝晶间和晶界处分布着共晶组织。从图1a可以看出，组织形貌为花瓣状，且花瓣分布无规律，在晶界周围存在第二相。从图1c可以看出，当Mn含量为0.5%时，合金晶粒尺寸更加细小，显微组织比较均匀且呈网格状，这种组织由于晶粒均匀，会使位错的滑移路程减小，从而更容易协调相邻的位错源[11]，能获得更好的力学性能。从图1e可以看出，晶粒的尺寸虽然更加细小，但是组织并不均匀。从图1b可以看出，未添加Mn的合金在热处理后大部分第二相都溶入了基体，仅在晶界处存有少量细小颗粒状和块状相。当Mn含量增加至0.5%，晶界处的第二相明显增多，见图1d，呈现均匀分布的状态，晶界尺寸变小。当Mn含量增加至1%，晶界处分布着大量杂乱的第二相和难溶性颗粒，见图1f。因此，可以看出Mn元素的添加能细化晶粒尺寸，并且影响第二相的形貌和分布。
图2为Mg-8Zn-0.5Cu-0.5Mn合金铸态和时效态的XRD图谱。可以看出，铸态合金中第二相主要为MgZn2和MgZnCu，经过固溶和时效处理后，MgZn2相大量固溶进基体中，剩余少量MgZn2与MgCu2同时存在，用Mg(Zn,Cu)2表示。Mg-Zn-Cu合金的共晶组织包含更多的MgZn2相和较少的MgZnCu相，其中在铸态时Cu主要以MgZnCu相的形式存在于晶界。图3和表2为不同Mn含量的合金在铸态以及时效态的SEM和EDS分析结果。可以看出，合金中第二相主要以树枝状形态分布在晶界处，晶内存在少量粒状第二相。结合XRD物相分析，确定了其主要存在的物相为α-Mg、MgZn2和MgZnCu。根据EDS检测结果可以发现，在铸态合金共晶组织中含有更多的MgZn2和较少的MgZnCu，其中Cu元素总体上以MgZnCu的形式存在。研究表明，MgZnCu相分散在晶粒内部，并限制位错运动以增强合金基体强度[11]；而在α-Mg晶界处的MgZnCu相以不连续网状分布，防止晶界滑移从而强化晶界，改善合金的力学性能。然而，晶界周围聚集着过多的MgZnCu相，这导致了合金成分分布杂乱不均衡，导致其力学性能下降。此外，随着Mn元素添
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mg-6Al-1Sn合金板材的微观组织与力学性能[J]. 鲁若鹏,程仁山,李昆,潘虎成. 华中科技大学学报(自然科学版). 2020(06)
[2]Al对压铸Mg-10Zn合金热裂性及微观组织的影响[J]. 李德江,权北北,朱文杰,胡斌,曾小勤. 特种铸造及有色合金. 2019(06)
[3]镁合金中的第二相颗粒强化[J]. 曾小勤,朱庆春,李扬欣,丁文江. 中国材料进展. 2019(03)
[4]稀土元素Y对挤压态Mg-Zn-Y-Zr合金的微观组织及力学性能的影响[J]. 马立民,王海轩,张立新,陈文振. 精密成形工程. 2018(02)
[5]Zn含量对Mg-xZn合金组织和力学性能的影响[J]. 张玉,郝远,黄晓锋,郭峰,杨健长,马颖,毕广利. 特种铸造及有色合金. 2017(06)
[6]铸造ZC62镁合金的时效行为[J]. 李萧,刘江文,罗承萍. 金属学报. 2006(07)
博士论文
[1]Mg-Zn-Y合金中LPSO相的调控及其对阻尼和力学性能的影响机制研究[D]. 鲁若鹏.重庆大学 2015
硕士论文
[1]高强度低成本Mg-Zn-X系合金的设计与研究[D]. 张培霖.中北大学 2019
[2]Mg-Zn-Cu合金的变形与热处理研究[D]. 兴春梅.沈阳理工大学 2009
本文编号：3575285
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