AZ91D熱處理中β相的析出特征對合金組織及力學(xué)性能的影響.pdf

1、鑄態(tài)鎂合金在凝固過程中由于成分偏析，導(dǎo)致凝固組織極不均勻，在晶界處析出連續(xù)網(wǎng)狀的β-Mg17Al12相，制約了鎂合金性能潛力的發(fā)揮。為此本文選擇了具有代表性的AZ91D鎂合金，對其進行固溶時效和雙級均勻化處理，利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)觀察合金的微觀組織，利用能譜分析儀(EDS)、電子探針(EPMA)、X射線衍射儀(XRD)定性和定量地分析合金組織及成分，并對合金的布氏硬度、抗拉強度、延伸率等進行測試，探討不同熱處理方式對消除偏

2、析β-Mg17Al12相，改善β-Mg17Al12相的析出特征及對力學(xué)性能的影響。
　　 固溶處理可使分布在晶界處的網(wǎng)狀脆性相β-Mg17Al12分解并溶入基體α-Mg相中。隨著固溶時間的延長，AZ91D中的合金元素在擴散機制的作用下在基體中趨向均勻分布，晶粒也逐漸長大。固溶處理后經(jīng)200℃×16h時效處理時，隨固溶時間的延長，晶界處析出β-Mg17Al12的數(shù)量逐漸增加。10h時晶內(nèi)開始大量的連續(xù)析出，抑制了晶界上的不連續(xù)析出

3、，從而使晶界處β-Mg17Al12的數(shù)量減少。繼續(xù)延長時間晶內(nèi)連續(xù)析出增加的同時β-Mg17Al12開始粗化長大。24h時由于元素在基體中分布的較均勻，時效處理時β-Mg17Al12相主要在晶內(nèi)連續(xù)析出，顆粒狀的β-Mg17Al12相數(shù)量較多且分布比較密集，這對合金硬度和強度的提高很有利。AZ91D鎂合金在415℃固溶處理10h和24h再時效處理(200℃×16h)后合金抗拉強度的變化出現(xiàn)了兩次峰值，與鑄態(tài)相比，分別提高了22.2％和3

4、4％，硬度分別提高了35.8％和34.7％。與重熔后的合金相比，AZ91D鎂合金鑄錠晶粒較大，故在固溶處理過程中，合金元素分布均勻時，需要的溫度較高、時間較長。故經(jīng)430℃×28h、220℃×8h固溶時效處理后，鑄錠的硬度和抗拉強度分別提高了29.49％和24.04％。445℃×22h、220℃×8h固溶時效處理后，鑄錠的硬度和抗拉強度分別提高了31.07％和18.91％。
　　 固溶處理后的冷卻方式對形成過飽和固溶體組織和時效

5、時β-Mg17Al12相的析出特征有較大的影響。冷水冷卻時，其溫度驟然降低，冷卻速度快，一方面第二相來不及析出或析出量很少，在基體中的固溶效果較佳，獲得過飽和度較大的固溶體；另一方面可以將高溫的空位最大限度的凍結(jié)下來，提高室溫下的空位濃度，獲得空位過飽和的晶體。在β-Mg17Al12相析出的過程中，Al原子主要通過空位來擴散，空位濃度越大，溶質(zhì)原子擴散的越快，那么β-Mg17Al12相析出的數(shù)量越多。同時過飽和度大的固溶體具有較大的時效

6、析出驅(qū)動力。時效處理時，過飽和度和空位濃度較大的固溶體，析出β-Mg17Al12相的數(shù)量較多，形狀和層片間距較小。這對提高合金的硬度貢獻很大。在200℃下時效處理時，8h之前，隨著時效時間的延長，晶界處析出β-Mg17Al12相數(shù)量逐漸增多。而16h晶界處β-Mg17Al12相數(shù)量減少，說明此時晶內(nèi)開始了大量的連續(xù)析出，此時合金的硬度達到峰值。繼續(xù)延長時間晶粒開始長大。提高時效溫度至220℃，晶內(nèi)連續(xù)析出和硬度峰值提前出現(xiàn)，8h合金的硬

7、度達到最高。
　　 在能量起伏和濃度起伏兩種機制的交替作用下，固溶時效處理后沉淀相β-Mg17Al12主要在晶界處以不連續(xù)的方式析出，呈細小的條狀；而在晶內(nèi)以連續(xù)的方式析出，呈顆粒狀或短棒狀。與鑄態(tài)相比，固溶時效處理后析出的沉淀相β-Mg17Al12的尺寸大為減小。晶界處不連續(xù)析出的細小條狀β-Mg17Al12相的寬度和間距約小于400nm，尤其是當(dāng)以晶內(nèi)連續(xù)彌散析出為主，顆粒狀或短棒狀β-Mg17Al12相的尺寸和間距小于40

8、0nm時，對提高合金力學(xué)性能的貢獻很大。
　　 經(jīng)雙級均勻化退火后，合金組織中偏析β-Mg17Al12相消失，在隨爐冷卻的過程中以細小的層片狀析出。隨著時間的延長，β-Mg17Al12相析出量逐漸增加、尺寸和層片間距變小，對合金的力學(xué)性能貢獻很大。一定時間后β-Mg17Al12相開始長大聚集，尺寸和層片間距變寬。時效處理后，β-Mg17Al12相隨時間的變化與雙級均勻化退火后的相似，不同的是，相同均勻化條件下，時效后析出β-Mg

9、17Al12相數(shù)量較多、尺寸較小且分布的更加密集，這對于合金力學(xué)性能的提高很有利。經(jīng)均勻化退火和均勻化退火再時效處處理后，430℃時合金的布氏硬度和抗拉強度分別提高了25.58％、29.54％和25.64％、27.56％。445℃時合金的布氏硬度和抗拉強度分別提高了26.96％％、30.98％和26.28％、26.92％。
　　 對合金的拉伸斷口進行掃描分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)固溶處理后，斷口形貌由鑄態(tài)脆性的沿晶斷裂變?yōu)榫哂幸欢ㄋ苄缘拇┚?/p>