變形鎂合金的晶粒細化工藝研究.pdf

1、鎂合金由于具有密度低、阻尼性能好、以及比強度和比剛度高等優(yōu)點，近年來成為汽車、電子行業(yè)首選的輕質結構材料。但是鎂合金的強度較低和塑性變形能力較差，限制了它作為輕質結構材料的應用范圍。在合金中加入晶粒細化劑是物理冶金中強化合金并提高合金綜合力學性能的主要途徑之一。本文在總結有關鎂合金各種晶粒細化技術的基礎上，用Ca、Ca/Si、A1<,3>Ti和Al<,4>C<,3>作為晶粒細化劑在純鎂和變形鎂合金AZ31中進行了系列工藝實驗。運用光學金

2、相分析(OM)，掃描電鏡(SEM)，電子束微區(qū)分析(EDAX)，X射線衍射分析，等離子耦合光譜(ICP)等多種分析和測試手段，較系統(tǒng)和深入地研究了幾種晶粒細化劑對純鎂和變形鎂合金AZ31組織結構和力學性能的影響及其作用機理。 研究發(fā)現(xiàn)，當少量Ca(≤0.3wt％)加入到純鎂和AZ31合金中后，能夠顯著地細化鑄錠組織，但繼續(xù)增加Ca的加入量后，細化效果不明顯。在AZ31中，Ca的加入與Al形成A1<,2>Ca相，它具有顆粒狀和片狀

3、的兩種形貌。在含少量Ca的AZ31合金中再加入少量Si，會在合金中形成彌散分布的顆粒狀Mg<,2>Si相。與單獨加入Ca相比，Ca和Si同時加入細化效果更明顯。過量的加入Ca或Si(>0.3wt％)，在合金組織中生成的Al<,2>Ca或Mg<,2>Si相會連接成脆性的網(wǎng)狀組織或漢字狀組織，細化效果減弱。 在純鎂和AZ31合金中加入少量的AllOTi中間合金和Al-C預制塊后，能分別形成多邊形顆粒Al<,3>Ti和Al<,4>C<

4、,3>。兩者作為晶粒細化劑，同樣可以顯著地細化鑄態(tài)合金的晶粒尺寸。與A1<,3>Ti相比，Al<,4>C<,3>作為晶粒細化劑的效果更佳。過量的加入Al<,3>Ti或Al<,4>C<,3>，與Ca/Si晶粒細化劑一樣，并不能提高晶粒細化劑的細化效果。 在AZ31中加入各晶粒細化劑后，各鑄態(tài)合金的屈服強度均隨細化效果的增強而提高，規(guī)律服從Hall-Petch公式。在用砂型模制備的AZ31合金中加入適量的Ca、Ca/Si、A1<,3

5、>Ti和Al<,4>C<,3>細化劑后，鑄態(tài)合金的室溫抗拉強度分別比AZ31提高了18MPa、40MPa、39MPa和42MPa。對于用水冷銅模制備的鑄錠，合金強度得到進一步提高。各細化劑加入后，合金力學性能的變化趨勢與砂型模制備的合金相同。 本文中采用了合理的擠壓和軋制工藝，將AZ31基合金)加工成了型材，并得到理想的形變組織。對各合金形變態(tài)和退火處理后的研究結果表明：加入晶粒細化劑后，對合金的再結晶溫度沒有明顯影響，各合金的