Mg-Al-Sn系高強變形鎂合金熱變形行為和析出機制的研究及性能改進.pdf

1、鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料近年來得到越來越多研究者的關(guān)注。但鎂合金因為其性能與鋁合金相比仍有一定差距，離產(chǎn)業(yè)化還有一定距離。提高鎂合金性能是許多學者的關(guān)注方向。本文以開發(fā)高性能變形鎂合金為研究背景，選用常見的商用鎂合金AZ80為研究對象，通過合金化方式提高其力學性能，并分析其原因及特點。合金化元素選用價格穩(wěn)定的Sn元素，通過XRD、OM、SEM、TEM、EBSD等表征手段，結(jié)合相圖計算，熱模擬，力學性能測試等分析手段，探究 Sn元素對

2、該合金體系熱變形行為影響并研究其中第二相析出機制。、Sn元素添加降低AZ80合金凝固溫度(AZ80合金：638oC，AZT802合金：605oC)和Mg17Al12相形成溫度(AZ80合金：430oC，AZT802合金：426oC)。Sn含量為2 wt.％時，凝固過程中Mg2Sn相析出溫度在440oC至430oC之間，優(yōu)先于Mg17Al12相形成。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過熱模擬確定Sn元素在熱變形過程中對合金動態(tài)再結(jié)晶影響

3、。由應力應變曲線分析可知添加Sn元素降低動態(tài)再結(jié)晶臨界應力值和應變值，促進熱變形過程中再結(jié)晶形成。Mg17Al12相在熱變形過程中同時存在動態(tài)回溶和動態(tài)析出過程， Sn元素促進Mg17Al12相的回溶，但抑制其析出。Mg17Al12相能誘發(fā)合金再結(jié)晶，釘扎晶界，減小再結(jié)晶尺寸。含Sn合金再結(jié)晶織構(gòu)強度較高，再結(jié)晶晶粒尺寸較大。Sn元素促進合金滑移的啟動。Mg-Al-Sn系合金擠壓態(tài)組織均勻，AZT800擠壓態(tài)合金晶粒尺寸細小，

4、第二相豐富，拉壓不對稱性僅為1.1。⑵隨Sn含量增加，合金擠壓態(tài)組織位錯密度降低，有利于后續(xù)T5時效處理中第二相的均勻析出。使用T6態(tài)樣品分析第二相析出行為可知Sn元素含量影響時效中第二相析出順序。AZT801合金175oC時效時Mg17Al12相比Mg2Sn相先析出，而AZT802合金中Mg17Al12相和Mg2Sn相析出順序與之相反。先析出的Mg2Sn相阻礙不連續(xù) Mg17Al12相生長，影響片層結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，使該相片層長度降低并且

5、發(fā)生彎曲。Sn添加有助于提高連續(xù)Mg17Al12相密度。⑶Mg17Al12相與Mg2Sn相相伴形成，并互相促進長大。Mg17Al12相與Mg2Sn相存在慣習面，它們與 Mg基體位相關(guān)系為[011] Mg2Sn//[1?11] Mg17Al12，(011?)Mg2Sn//(011?) Mg17Al12；[21?1?0] Mg//[011] Mg2Sn，(011?1?)Mg//(011?) Mg2Sn；[21?1?0]Mg//[1?11]M

6、g17Al12，(0002)Mg//(101)Mg17Al12。⑷擠壓溫度影響擠壓過程中第二相數(shù)量及晶粒大小，對Mg-Al-Sn體系合金織構(gòu)影響較小。350oC擠壓后合金組織不均勻，存在第二相粗化現(xiàn)象。380oC擠壓合金第二相較小，晶粒尺寸均勻，擠壓態(tài)和時效態(tài)力學性能均較好。時效溫度主要影響合金析出相形貌及密度。研究表明，不連續(xù)析出相對溫度不敏感，連續(xù)析出相對溫度敏感度較高。隨時效溫度降低，連續(xù)析出相尺寸減小，密度增加，強化效果顯著提高

7、。較低溫度時效，合金力學性能有所提高，但受限于不連續(xù)析出相性能，合金強度提升有限。⑸該體系中Zn元素可以有效促進第二相形成，當Zn含量高于2wt.%，擠壓態(tài)合金第二相產(chǎn)生粗化。隨Zn含量增加，合金連續(xù)析出相密度提高，不連續(xù)相片層間距減小，合金性能提高。Zn添加顯著降低合金固相線溫度，因此需要控制Zn含量，保證固相線溫度在可接受的范圍內(nèi)，Zn含量越高，時效合金性能越好。AZT812變形鎂合金擠壓時效后性能優(yōu)異，屈服強度達296MPa，抗拉