碳鋼與AZ系鎂合金的交互作用.pdf

1、由于環(huán)境污染和能源緊缺的壓力，對材料的節(jié)能減排和輕量化提出了更高的要求，鎂合金作為一種綠色工程材料在航空航天和汽車工業(yè)上受到人們的廣泛關注，但是目前鎂合金的綜合力學性能還達不到工業(yè)化大量應用的要求。鎂合金熔體的純凈度是影響鎂合金性能的重要因素之一，鎂合金在熔煉制備過程中，熔煉工具、設備和溶劑中難免會帶入一些雜質（Fe，Ni等）導致鎂合金性能下降，特別是雜質Fe影響很大，不僅降低鎂合金的耐腐蝕性，對力學性能等也有較大的影響。目前純凈化方法

2、和工藝的研究有很多，但不同成分鋼質工模具的高溫使用對鎂合金雜質含量影響規(guī)律研究涉及很少，且熔煉過程中鎂合金熔體與工模具的交互作用機制機理的研究也很少涉及，需要更進一步深入研究，為工模具的優(yōu)化設計提供理論依據(jù)，同時可為含雜鎂合金多元相圖計算提供基礎數(shù)據(jù)。
　　本文以商用AZ系合金為研究對象，利用Pandat熱力學軟件計算了含F(xiàn)e、Ni的AZ系多元鎂合金相圖，并得到Fe、Ni在AZ系鎂合金中的溶解度。Fe、Ni在AZ系鎂合金中的溶解度

3、隨溫度的升高而增加，并且Ni在AZ系鎂合金中的溶解度比Fe在AZ系鎂合金中的溶解度要大兩個數(shù)量級。Mn的加入可以降低Fe在AZ系鎂合金中的溶解度，而對 Ni在 AZ系鎂合金中的溶解度沒有任何影響。利用Miedema模型計算發(fā)現(xiàn)在Mg、Al、Zn、Mn、Fe之間的二元合金形成焓中，Al-Fe和Al-Mn的二元合金形成焓最負；Mg、Al、Zn、Mn、Ni之間的二元合金形成焓中，Al-Ni和Al-Mn的二元合金形成焓最負。利用Pandat進行

4、吉布斯自由能計算發(fā)現(xiàn)在熔煉溫度下，在不含 Mn的 AZ31、AZ61、AZ80、AZ91中的合金元素與Fe的體系中，均是FeAl相的吉布斯自由能最低；在含Mn的AZ31、AZ61、AZ80、AZ91中的合金元素與Fe的體系中，均為Fe-Al-Mn相的吉布斯自由能最低；在含Mn與不含Mn的AZ31、AZ61、AZ80、AZ91鎂合金中的合金元素與Ni的體系中，均為Al3Ni2和AlNi的吉布斯自由能最低。
　　基于上述理論計算和分析

5、的基礎上，選取實驗驗證對象，研究其在熔煉過程中與碳鋼的交互作用，實驗研究結果與熱力學計算基本吻合。利用 ICP、SEM、EDS等方法，研究了在不同溫度，不同的熔煉保溫時間下，碳鋼對 AZ系(重點AZ31B)鎂合金熔體中雜質Fe含量的影響，以及碳鋼與鎂合金熔體發(fā)生交互作用后的界面微觀結構及元素分布。研究結果表明，在本文設定溫度范圍內，在720℃以下進行鎂合金熔煉時，碳鋼與鎂合金熔體沒有明顯的交互作用，碳鋼不會使AZ系鎂合金熔體中的Fe含量

6、增加；在720℃進行熔煉時，碳鋼中的Fe開始向鎂合金熔體中溶解擴散，鎂合金(含 Mn)熔體中的 Al、Mn向碳鋼中擴散，6h保溫空冷后，在碳鋼表面形成Fe-Al-Mn的擴散反應層；超過720℃的實驗溫度中進行鎂合金熔煉，碳鋼中的Fe大量的向鎂合金熔體中溶解擴散，并隨著溫度的升高溶解到鎂合金熔體中的Fe含量大幅度增加，同時鎂合金熔體中大量的Al、Mn擴散到碳鋼中去，6h保溫空冷后，在碳鋼中形成一個Fe-Al-Mn層、Fe3Al層和含微量A