硅和磷化鋁對高鋅鎂合金顯微組織及性能的影響.pdf

1、鎂合金具有密度小、比強度高、阻尼性能及磁屏蔽性能好等優(yōu)點，近年來成為汽車、電子行業(yè)首選的輕質(zhì)結構材料。高鋅鎂合金是新型的耐熱鎂合金，其Zn含量一般在5％以上，主要強化相為三元金屬間化合物T相(Mg32(A1，Zn)49)和少量的φ相(A12MgsZn2)，但該系合金的鑄造性能較差，高溫性能也有待進一步提高。本文選擇Mg-8Zn-4Al-0．3Mn(ZA84)高鋅鎂合金作為基礎合金，以Si為低合金化元素，A1-AlP中間合金為變質(zhì)劑，設計

2、了十余種不同成分的合金。在測試合金流動性及力學性能的同時，采用光學顯微鏡(OM)，X射線衍射儀(XRD)，掃描電鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)，能量分散型X射線儀(EDXS)，差示掃描量熱儀(DSC)等多種分析手段，系統(tǒng)地研究了Si和A卜AlP中間合金對ZA84高鋅鎂合金組織演變和性能的影響及其作用機制。對含Si和AlP高鋅鎂合金的熱穩(wěn)定性及冷卻速率敏感性也進行了探討。在此基礎上，對高鋅鎂合金進行了成分優(yōu)化。 研究表明，隨著基

3、礎合金ZA84中加入Si量的增加，合金的流動性持續(xù)增加。這是Si加入后合金液相線溫度的降低、凝固溫度范圍的減小以及Mg2Si結晶潛熱的釋放等因素共同作用的結果。當Si含量較低時(例如小于0.36wt.％)，Mg2Si相以共晶方式生成，呈小塊狀和小條狀分布于晶界及晶界附近，基體晶粒及三元相都得到不同程度的細化；當Si含量大于0.71wt.％時，Mg2Si主要呈現(xiàn)為比較粗大的塊狀及漢字形初生相，分布于晶內(nèi)，基體組織變化不大。Mg2Si相由小

4、塊狀長成漢字形意味著其生長方式由小晶面界面長大改變?yōu)榉切【娼缑骈L大。 對ZA84+Si系合金進行熱處理，結果表明：合金在時效過程中沉淀相發(fā)生均勻的連續(xù)析出，其中基礎合金ZA84中的納米級析出相是沿基體a(Mg)的(0001)密排面析出，加入元素Si后，納米級析出相則是沿基體任意方向析出。隨著ZA84合金中加入Si量的增加，合金的析出相形成激活能呈增加趨勢，峰值時效時間由ZA84合金的2h左右推遲至8h左右，再結晶時間較ZA84

5、合金推遲4h以上。 基礎合金ZA84中加入Si后由于Mg2Si強化相的形成、基體組織的細化及合金時效過程中大量彌散相的析出，使得合金在常溫和高溫(423K)下的力學性能都得到不同程度的提高，但過多的Si(例如大于0．71wt．％)會導致漢字形Mg2Si的形成，使合金的力學性能。F降。 向Mg-8Zn-4A1-0．3Mn-0．96Si(096Si)合金中加入變質(zhì)劑Al-AlP中間合金，結果表明：該變質(zhì)劑能夠促使Mg2Si初

6、生相由粗大的漢字形變?yōu)榧毿　浬⒎植嫉念w粒狀，并使合金基體組織顯著細化。Al-AlP對Mg2Si相的變質(zhì)是以AlP作為Mg2Si相的異質(zhì)核心和P原子固溶于Mg2Si相中影響其生長兩種機制共同作用的結果。變質(zhì)后合金組織的進一步細化以及合金中大量熱強顆粒對位錯運動的阻礙和對晶界的釘扎作用，使得合金的室溫及高溫(423K)性能進一步提高。變質(zhì)后合金的流動性也得到進一步改善。此外，對變質(zhì)后合金在不同冷卻速率下的顯微組織分析表明，隨著冷卻速率的增

7、大，合金的顯微組織細化明顯，其基體晶粒對冷速的敏感性介于ZA84與096Si合金之間。 在對基礎合金ZA84的合金化及變質(zhì)過程中，出現(xiàn)三元金屬間化合物的相選擇現(xiàn)象：在ZA84合金中加入Si導致φ相增加，T相減少；繼續(xù)加入AlP后，T相增加，φ相減少。ZA84+Si(AlP)系合金凝固過程的DSC分析表明，合金凝固過程中動力學條件的改變導致三元相T與φ之間出現(xiàn)相選擇。運用過冷熔體中非均質(zhì)形核的穩(wěn)態(tài)形核率數(shù)學模型對實驗合金中三元金屬

8、間化合物相選擇進行動力學分析表明，過冷熔體中存在一臨界過冷度，當T相與φ相析出時熔體的過冷度大于此臨界值，則T相優(yōu)先析出而φ相受到抑制，否則，φ相優(yōu)先析出而T相被抑制。該相選擇規(guī)律可為控制高鋅鎂合金中強化相的選擇性析出提供一定的科學依據(jù)。 采用高溫金相顯微鏡對合金的熱穩(wěn)定性分析表明，基礎合金ZA84中Si的加入使晶界的熱穩(wěn)定性增加；在此基礎上加入適量AlP后，晶界的熱穩(wěn)定性變化不大；ZA84+Si系合金中顆粒狀Mg2Si比漢字形