微量Sr和高频磁场对AZ91D镁合金组织及性能的影响

发布时间：2020-09-19 20:31

　　 镁合金具有比重轻、高比强度、高比刚度以及良好的铸造性能、良好的电磁屏蔽能力和易于再生利用等一系列独特的优点，在汽车、飞机、计算机及通讯等设备上获得了日益广泛的应用，被认为是“21世纪最具发展潜力和前途的材料”。但镁合金密排六方的晶体结构决定了其塑性变形能力较差、成材率低、力学性能差等一系列问题，解决这些问题是镁合金进一步应用的关键。实践证明晶粒细化既能提高材料的强度，又能提高材料的塑性，所以晶粒细化在镁合金的研究中显得尤为重要。 本文以Mg-Al-Zn系中最具有代表性的AZ91D合金的组织细化作为研究方向，以溶质元素Sr和高频磁场对AZ91D的组织和性能的影响为主要研究内容，探讨AZ91D的化学成分、组织结构和性能变化之间的关系，以提高合金的综合性能。 本文通过添加微量Sr配制了四种合金。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、带能谱分析(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)等分析手段，通过对合金的抗拉强度、伸长率、流动性等性能的测试，较系统和深入地研究了Sr对AZ91D合金组织及力学性能的影响及其作用机理。同时，在工艺方面，通过在合金熔液的凝固过程中施与高频磁场，研究了初生晶形态的演变过程和机制，以及高频磁场对合金显微组织的影响。 研究表明，铸态时，合金的显微组织主要是由α-Mg基体和离异共晶析出的化合物β-Mg_(17)Al_(12)相组成，添加0.2wt％Sr和0.5wt％Sr的合金中未发现存在不同于原始AZ91D合金组织的新相，而添加0.8wtSr％的合金中有新的Al_4Sr相生成。添加微量Sr元素，合金晶粒得到明显的细化，且随着Sr含量的增加，细化程度不断增加，晶粒大小由平均250μm减少到120μm。通过面分布分析发现合金中的Sr元素几乎都分布在晶界上，合金的其他元素如Mn、Zn和Al等也主要存在在晶界上。Sr以两种形式存在于合金中：一方面以固溶形式存在于合金中，影响Mg_(17)Al_(12)相的形态，作为表面活性元素细化晶粒；另一方面生成新的化合物Al_4Sr相，Al_4Sr相是高温稳定相，可以提高合金的共晶温度，从而细化晶粒。 由于晶粒细化的作用，合金的力学性能得到了一定程度的提高。AZ91D合金的抗拉强度是129MPa，而添加0.8wt％Sr以后，抗拉强度可达到160MPa，提高了23.6％。AZ91D的伸长率是1.1％，AZ91D-0.5wt％Sr、AZ91D-0.8wt％Sr的伸长率分别为1.95％和1.3％。铸态下AZ91D合金断裂总体上属于脆性断裂，从断口来看，具有解理特征，合金经Sr变质处理后，断口呈现一定的韧窝和撕裂棱，具有准解理断裂的特征，说明经Sr变质处理后，合金的韧性更好。 Sr的加入，对合金的固相线温度影响不大，但能明显降低合金的液相线温度。液相线温度从AZ91D合金的596℃下降到添加0.8wt％Sr后的566℃，固相线温度从AZ91D合金的435℃升高到添加0.8wt％Sr后的437℃，合金的结晶温度间隔减小了32℃。AZ91D合金流动性试验中螺旋型浇注试样长度为33mm，而当加入0．5wt％Sr后，其长度为40mm，合金的流动性比加入前提高了21％。 AZ91D镁合金在常规凝固条件下，由于成分过冷，α-Mg相为粗大的、明显的树枝晶，晶界上的共晶体形成连续的网状结构，且共晶组织较厚。经高频电磁搅拌后晶粒有所细化，晶粒变得圆整和细化，晶粒大小从180μm减小到120μm。用石英管作为加热容器会使石英管中的硅与镁反应生成Mg_2Si，离石英管壁越近，Mg_2Si越多。经热力学计算，证明反应2Mg(l)+SiO_2(s)→Mg_2Si(S)+O_2(g)在963K时可自发进行。电磁场对凝固过程中的合金的影响主要是促使枝晶破碎和提高合金元素在镁中的溶解度。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TG146.22
【部分图文】：

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本文编号：2822960