Mg-Sn-Zn-Ca合金的微觀組織與力學(xué)行為研究.pdf

1、鎂合金具有比強(qiáng)度高、比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好、阻尼減振性好、電磁屏蔽能力強(qiáng)、易于鑄造和切削加工和容易回收等諸多優(yōu)點(diǎn)，在軍工、通訊、航空、民用等多個領(lǐng)域都發(fā)揮著越來越重要的作用。但由于該材料絕對強(qiáng)度偏低、高溫力學(xué)性能差、常溫下塑性變形能力差、易腐蝕等一系列的缺點(diǎn)使其在應(yīng)用方面仍然受到很大的限制。與傳統(tǒng)的鑄造鎂合金相比，變形鎂合金在強(qiáng)度、尺寸精度、延展性等各方面都具備更為優(yōu)越的性能。研究與開發(fā)新型變形鎂合金及其生產(chǎn)工藝已成為鎂合金發(fā)展領(lǐng)域中

2、的重要課題。
　　針對上述問題，本論文進(jìn)行了以下研究:(1)設(shè)計(jì)合金成分并依托真空熔煉技術(shù)獲取一系列不同元素含量的Mg-Sn-Zn-Ca合金鑄錠;(2)鑄態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金的顯微組織;(3)通過Gleeble熱模擬實(shí)驗(yàn)研究不同溫度、應(yīng)變速率對合金應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)、顯微組織的影響。(4)熱擠壓Mg-Sn-Zn-Ca合金的顯微組織、織構(gòu)特征及力學(xué)性能;(5)固溶和時(shí)效處理對Mg-Sn-Zn-Ca合金組織和性能的影響;主要研究結(jié)果

3、如下:
　　鑄態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金由α-Mg基體、Mg2Sn相、CaMgSn相以及少量的α-Mg和Mg4Zn7的離異共晶組織組成。Sn元素增加可改善鑄態(tài)合金的樹枝晶組織，使合金等軸化;Mg2Sn相逐漸由彌散分布的顆粒狀析出物轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐Х植嫉牟贿B續(xù)的網(wǎng)狀析出物。Ca元素增加使具有更高的熱力學(xué)穩(wěn)定性的CaMgSn相的析出增多，并由片針狀逐漸向板條狀發(fā)生轉(zhuǎn)變，在一定程度上抑制Mg2Sn相的形成，使Mg2Sn相逐漸減少。
　

4、　Mg-SSn-3Zn系列鑄態(tài)合金在熱壓縮過程中，材料的流變應(yīng)力隨變形溫度的升高而降低，隨應(yīng)變速率的升高而升高，為正應(yīng)變速率敏感材料。熱壓縮后合金的第二相沿垂直于壓縮方向呈線性分布。相同溫度下，動態(tài)再結(jié)晶隨應(yīng)變速率的降低而進(jìn)行的更為充分，晶粒尺寸更為均勻。Ca元素對材料的低溫塑性產(chǎn)生不利影響，含量越高，影響越嚴(yán)重。200℃、300℃較低溫度下熱壓縮，合金應(yīng)力峰值隨Ca含量的增加呈下降趨勢;400℃高溫狀態(tài)下，0.5wt.％Ca元素的加入

5、量對合金的力學(xué)性能有一定的改善作用。
　　擠壓態(tài)Mg-Sn-Zn-Ca合金的微觀組織由鑄態(tài)的樹枝晶和粗大的等軸晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒與較粗大的變形晶粒共存，并沿?cái)D壓方向形成纖維組織，呈現(xiàn)為{0002}纖維織構(gòu)，Sn、Ca含量的升高使織構(gòu)強(qiáng)度逐步弱化。合金平均晶粒尺寸15～20μm，Sn含量由3.5wt.％上升至5wt.％，合金的平均晶粒尺寸降低2～4μm;隨Ca含量增加，合金的平均晶粒尺寸先降低后升高。與鑄態(tài)相比，合金第二相的數(shù)量

6、、尺寸下降，形狀和分布也發(fā)生改變。沿晶分布的不連續(xù)網(wǎng)狀Mg2Sn相轉(zhuǎn)變?yōu)榉植加诰?nèi)的極細(xì)小的顆粒狀、不規(guī)則片狀或顆粒狀析出物;帶有花斑樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的球狀或不規(guī)則球狀的α-Mg和Mg4Zn7的離異共晶組織消失;片針狀或板條狀CaMgSn相轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛浠钗龀鑫锖蛿嗔鸦蛩榱训陌鍡l狀析出物以及碎斷后細(xì)小的片針狀析出物。所有析出物均沿?cái)D壓方向呈線性分布。固溶處理后合金的晶粒尺寸上升至20～25μm;原有的粗大的變形晶粒被長大的再結(jié)晶晶粒取代，尺寸更

7、為均勻;合金中第二相基本呈彌散分布。時(shí)效后合金的晶粒尺寸較單純固溶處理后的更為均勻，而第二相尺寸細(xì)小、彌散分布在合金內(nèi)。
　　擠壓后合金的硬度約53～59HV0.1、抗拉強(qiáng)度264～279MPa、延伸率15.19％～21.85％，Ca元素使合金的硬度值上升，隨Ca含量的增加抗拉強(qiáng)度先上升后下降，延伸率逐步降低。固溶和時(shí)效可顯著提升Mg-Sn-Zn合金硬度，但時(shí)效使Mg-Sn-Zn-Ca合金的硬度值降低。對熱擠壓后的合金進(jìn)行固溶和時(shí)