合金化對(duì)高鋅鎂合金組織和性能影響的研究.pdf

1、為了提高M(jìn)g-Zn-Al系高鋅鎂合金的強(qiáng)韌化和高溫性能,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍,作者在已有的研究成果和存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上,從組織和性能的控制上著手,通過(guò)合金的成分優(yōu)化、熔煉工藝、熱處理工藝優(yōu)化和合金化元素的選擇及加入方法的優(yōu)化,研究探討了Zn含量對(duì)Mg-Zn-Al系合金組織和力學(xué)性能的影響,確定ZA105為基礎(chǔ)合金,再向ZA105合金中添加變質(zhì)元素Sb和合金化元素Cu,研究Sb和Cu對(duì)ZA105合金微觀組織和力學(xué)性能及磨損性能和腐蝕性能的影響,研

2、究了在Al-Ce基合金中添加Sb、Ti和Mn制備出的中間合金對(duì)ZA105合金微觀組織和力學(xué)性能的影響,研究了熱處理對(duì)不同含量Cu元素的ZA105合金的微觀組織了力學(xué)性能的影響。
　　 本文就Zn的含量對(duì)Mg-Zn-Al合金組織和力學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:(1)Mg-Zn-Al合金的鑄態(tài)組織均由α-Mg相、τ-Mg32(Al,Zn)49相和ψ-Al2Mg5Zn2相組成。當(dāng)Zn含量等于10wt.％時(shí),即當(dāng)Zn/Al比值為2

3、:1時(shí),合金中大部分τ相和少量的的ψ相以半連續(xù)的長(zhǎng)條狀或大的塊狀分布在基體中;(2)Mg-Zn-Al合金的硬度隨著Zn含量的增加而提高,拉伸強(qiáng)度隨著Zn含量的增加呈先提高后降低的趨勢(shì),沖擊韌度隨著Zn含量的增加逐漸降低,綜合考慮,Mg-10Zn-5Al(ZA105)合金的綜合性能最好,因此選定ZA105合金為進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)合金。
　　 研究了添加Sb元素對(duì)ZA105合金的微觀組織和力學(xué)性能及磨損性能、腐蝕性能和阻尼性能的影響。

4、結(jié)果表明:(1)加入Sb后,合金主要由α-Mg基體,τ-Mg32(Al,Zn)49相、ψ-Al2Mg5Zn2相、MgZnCu組和α-Mg3Sb2顆粒相組成,其中α-Mg3Sb2相是高熔點(diǎn)穩(wěn)定相,具有六方D52結(jié)構(gòu)。(2)Sb的含量為0.1wt.%時(shí),顯微組織細(xì)化效果最好,此時(shí)τ-Mg32(Al,Zn)49相由半連續(xù)的長(zhǎng)條狀變成塊狀,數(shù)量增多,在τ相和ψ相上還生成了黑色的顆粒相Mg3Sb2相。(3)隨著Sb量的增加,合金的硬度逐漸提高,沖

5、擊韌度和拉伸強(qiáng)度呈先增后減的趨勢(shì),且當(dāng)Sb含量為0.1wt.%時(shí),沖擊韌度比不含Sb時(shí)提高了50%;當(dāng)Sb含量為0.2wt.%時(shí),拉伸強(qiáng)度比不含Sb時(shí)提高了5.4%。(4)隨著Sb含量增加,合金磨損量先增加后減少。當(dāng)Sb含量為0.1wt.%時(shí),合金磨損量最大;當(dāng)Sb含量為0.8wt.%時(shí),磨損量最少,耐磨性能最好。(5)在3.5wt.%NaCl溶液中浸泡腐蝕,隨著Sb含量的增加,合金的腐蝕速度逐漸增加;Sb的加入對(duì)腐蝕產(chǎn)物的種類沒(méi)有影響

6、,腐蝕產(chǎn)物主要為Mg(OH)2、MgO、和MgCl2。(6)含Sb合金的極化曲線明顯向負(fù)電位方向移動(dòng),自腐蝕電位下降,Sb的加入具有抑制腐蝕反應(yīng)陰極過(guò)程的作用,對(duì)陽(yáng)極過(guò)程則無(wú)明顯作用。(7)加入Sb后,合金的阻尼機(jī)理可以通過(guò)G-L釘扎脫釘模型來(lái)解釋;Sb對(duì)ZA105高鋅鎂合金的宏觀阻尼行為是由位錯(cuò)阻尼、界面阻尼和晶界阻尼共同作用的結(jié)果。
　　 研究了添加Cu元素對(duì)ZA105合金的微觀組織和力學(xué)性能及磨損性能、腐蝕性能和阻尼性能的

7、影響,結(jié)果表明:(1)加入Cu后,合金主要由α-Mg基體相,τ-Mg32(Al,Zn)49相,ψ-Al2Mg5Zn2相及MgZnCu相組成,其中MgZnCu相具有較高的熔點(diǎn)(565℃)和熱穩(wěn)定性。(2)當(dāng)Cu含量為2.0wt.%時(shí),合金的組織細(xì)化效果和形貌最佳,隨Cu含量的進(jìn)一步增加,合金的顯微組織開(kāi)始粗大化,τ相上出現(xiàn)的黑色魚骨狀組織MgZnCu相也進(jìn)一步增多,部分出現(xiàn)聚集。(3)隨著Cu含量的增加,合金的硬度、拉伸強(qiáng)度呈先增后減的趨

8、勢(shì),沖擊韌度整體上呈增加趨勢(shì)。當(dāng)Cu的含量為2.0wt.%時(shí),比不加Cu時(shí)提高了9.65%;室溫和高溫拉伸強(qiáng)度比不加Cu時(shí)分別提高了21.1%和14.3%,而沖擊韌度達(dá)到6J/cm2。(4)隨著Cu含量的增加,磨損量呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì),耐磨性先增后減。當(dāng)Cu含量在2.0wt.%時(shí),磨損量達(dá)到最小值,耐磨性能最好。(5)在3.5wt.%NaCl溶液中進(jìn)行浸泡腐蝕時(shí),隨著Cu含量的增加,合金的腐蝕速度先增后減,隨著腐蝕時(shí)間延長(zhǎng),合金失重率增

9、加。Cu含量為2.0wt.%時(shí),合金的腐蝕速度最小,試驗(yàn)合金的腐蝕產(chǎn)物主要由Mg(OH)2、MgO和MgCl2組成。(6)合金的極化曲線的陰極分支和陽(yáng)極分支不對(duì)稱,Cu的加入具有促進(jìn)腐蝕反應(yīng)陰極過(guò)程的作用。(7)Cu對(duì)ZA105高鋅鎂合金的宏觀阻尼行為是由位錯(cuò)阻尼、界面阻尼和晶界阻尼共同作用的結(jié)果。Cu含量為1.0wt.%的合金阻尼性能最好。
　　 研究了在Al-Ce基中間合金對(duì)ZA105合金微觀組織和力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明:

10、(1)加入中間合金之后,合金由α-Mg基體、τ-Mg32(Al,Zn)49相、ψ-Al2.MgsZn2相和Al4Ce化合物相組成。當(dāng)Al-40Ce-5Ti-5Sb中間合金的加入量為2.0wt.%H寸,合金中τ相和ψ相變?yōu)樾K狀;合金中出現(xiàn)了針狀相Al4Ce相;當(dāng)Al-20Ce-5Yi-5Sb-5Mn中間合金的加入量為3.0wt.%時(shí),合金中長(zhǎng)條狀的ψ相變成塊狀,也出現(xiàn)了Al4Ce相。(2)ZA105合金的硬度隨中間合金加入量的增加而增大

11、,其常、高溫拉伸強(qiáng)度和沖擊韌度隨著中間合金含量增加先增后減;當(dāng)Al-40Ce-5Ti-5Sb中間合金加入量為2.0wt.%時(shí),合金的常高溫拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值195MPa和152MPa,比不加的分別高8.33%和16.92%;當(dāng)Al-20Ce-5Ti-5Sb-5Mn中間合金加入量為3.0wt.%時(shí),合金的常、高溫拉伸強(qiáng)度和沖擊韌度均達(dá)到了最大值,且分別為198MPa、155MPa和9.21J/cm2,比不的分別提高了10.00%、19.2

12、3%和26.69%。
　　 研究了熱處理對(duì)不同含Cu量的ZA105合金的組織了力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:(1)合金經(jīng)350℃固溶處理24h和在180℃下時(shí)效處理后,顯微組織由α-Mg相、τ-Mg32(Al,Zn)49相、ψ-Al2Mg5Zn2相和MgZnCu相組成;固溶處理后晶界處長(zhǎng)條狀τ相、ψ相及MgZnCu相逐漸變小成了顆粒狀。Τ相沒(méi)有完全溶入到α-Mg基體中,晶界處仍存在高熔點(diǎn)的熱穩(wěn)相τ相和MgZnCu相。固溶處理后α-M

13、g基體的顯微硬度明顯高于鑄態(tài)合金,達(dá)到85.1 HV,比鑄態(tài)時(shí)提高了16.7%;τ相的顯微硬度略有降低。(2)合金時(shí)效處理后τ-Mg32(Al,Zn)49相沿晶界及其附近析出,呈細(xì)小顆粒狀,MgZnCu相因熔點(diǎn)較高、熱穩(wěn)定性好形態(tài)未發(fā)生大的變化;時(shí)效時(shí)間為70h時(shí),析出的τ相最多,合金的顯微硬度值達(dá)到最大值108.2Hv,比固溶時(shí)提高了27.1%,時(shí)效時(shí)間為100h,析出的τ相聚集長(zhǎng)大,顯微硬度降低。(3)合金室溫和高溫下鑄態(tài)和時(shí)效處理