Mg-Al合金晶粒細(xì)化工藝及機(jī)理研究.pdf

1、Mg-Al系合金是目前應(yīng)用最為普遍的鎂合金，目前已廣泛應(yīng)用于電子、航空航天、汽車等領(lǐng)域，在未來也有更好的應(yīng)用前景。ZM5鎂合金作為Mg-Al系合金的典型代表，以其優(yōu)良的性能而受到越來越多的關(guān)注。但其結(jié)晶溫度較寬、體積收縮率大，有明顯的晶粒粗化趨勢(shì)，易產(chǎn)生縮松、熱裂等缺陷，嚴(yán)重制約了鎂合金的發(fā)展。晶粒細(xì)化能顯著提高鎂合金材料的綜合力學(xué)性能和鑄造性能，大大改善鎂合金的加工性能。本文主要以ZM5鎂合金為研究主體，采用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電

2、子顯微鏡(SEM)、能譜(EDS)等手段對(duì)Mg-Al合金晶粒細(xì)化工藝及機(jī)理進(jìn)行研究，主要探討了不同的冷卻速度和不同碳質(zhì)變質(zhì)劑及不同加入量對(duì)ZM5鎂合金顯微組織和力學(xué)性能的影響，并探索其細(xì)化機(jī)理。
　　研究不同冷卻速率(包括金屬型銅模、金屬型鋼模，含10mm厚和20mm厚冷鐵的階梯型樹脂砂型模具)對(duì)ZM5鎂合金微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，分析計(jì)算冷卻速率與晶粒尺寸以及綜合力學(xué)性能之間定量關(guān)系式，探索其細(xì)化規(guī)律。結(jié)果表明，隨著冷卻速

3、度的不斷增大，ZM5鎂合金的晶粒得到明顯細(xì)化，性能也變得更加優(yōu)良。在金屬型銅模鑄造條件下，其冷卻速度最快，為7.88℃/s，其晶粒尺寸最為細(xì)小，為70.31μm;在砂型階梯模中，由各區(qū)域由薄到厚依次為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)，在砂型Ⅲ區(qū)(含10mm厚的冷鐵)中，其冷卻速度最慢，為2.94℃/s，晶粒尺寸也最為粗大，為166.43μm。其晶粒尺寸由166.43μm減小到70.31μm，減小約2.5倍。其第二相的形狀由連續(xù)的網(wǎng)狀、長(zhǎng)鏈條狀、塊狀逐漸

4、變成不連續(xù)的雪花狀、針狀、顆粒狀。ZM5鎂合金的力學(xué)性能得到顯著提高。其硬度值由54.6HB提高到66.8HB，增幅達(dá)22％;抗拉強(qiáng)度由165MPa提高到225MPa，增幅達(dá)36％;延伸率由2.2％增加到3.5％，增幅達(dá)59％;晶粒尺寸(D)、抗拉強(qiáng)度(Rm)、硬度(HB)、延伸率(A)冷卻速率的定量關(guān)系為:D=221.33v-0.333，Rm=exp(5.21932-0.07165v+0.01246v2)，HB=exp(4.05024

5、-0.03v+0.00655v2)，A=exp(0.84396-0.002579v+0.00948v2)。
　　研究不同碳質(zhì)變質(zhì)劑(包括C2Cl6、Al-5Ti-0.8C中間合金、MnCO3)及不同加入量對(duì)ZM5鎂合金組織和性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，變質(zhì)劑的加入，對(duì)鎂合金起到不同程度的細(xì)化作用。C2Cl6、Al-5Ti-0.8C、MnCO3三種變質(zhì)劑的最佳加入量為:1.5％、2.4％、0.5％，其平均晶粒尺寸由未變質(zhì)的188.

6、86μm分別減少到75.87μm、90.34μm、103.75μm，抗拉強(qiáng)度較未添加的分別增加了16.2％(鑄態(tài))、39.0％(T6熱處理態(tài));5.9％(鑄態(tài))、36.6％(T6熱處理態(tài));5.4％、19.5％;伸長(zhǎng)率分別增加了25.0％(鑄態(tài))、66.7％(T6熱處理態(tài));42.8％、70.0％;17.9％、26.7％。細(xì)化效果最為明顯的是C2Cl6，其次是Al-5Ti-0.8C，然后為MnCO3。
　　采用SEM和EDS對(duì)三種

7、碳質(zhì)變質(zhì)劑的細(xì)化機(jī)理進(jìn)行分析討論。研究結(jié)果表明，C2Cl6的加入，在鎂合金熔體中可能生成Al4C3顆粒，其可作為α-Mg的有效形核核心，有效提高其形核率，使晶粒得以細(xì)化;添加Al-5Ti-0.8C中間合金，在鎂合金熔體中可能生成TiC和Al4C3兩種顆粒，可作為α-Mg基體的有效形核核心，進(jìn)而促進(jìn)晶粒細(xì)化;加入MnCO3，一方面是由于鎂合金熔體在反應(yīng)過程中可能生成Al4C3顆粒，可作為異質(zhì)形核的核心，另一方面，由于C、Mn元素的引進(jìn)，其