凝固條件和合金化對(duì)Mg-Zn-Sn基合金組織與性能的影響.pdf

1、鎂合金具有高的比強(qiáng)度、比剛度，優(yōu)良的阻尼性能和電磁屏蔽性能等特點(diǎn)，在汽車、通訊、電子及航空航天等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。然而，常規(guī)鎂合金強(qiáng)度偏低、抗蠕變性能差和塑性低等不能用作關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。因此，開展新型高強(qiáng)高韌鎂合金的研制具有重要的意義。近年來，基于Mg-Zn-Sn合金系開發(fā)低成本、綜合性能優(yōu)良的鎂合金材料備受關(guān)注。本論文以Mg-6Zn-3Sn-2Al-0.2Ca合金為研究對(duì)象，系統(tǒng)地研究了凝固冷卻速率和壓力場作用對(duì)鑄態(tài)

2、合金組織與力學(xué)性能的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了鑄造工藝;在最佳鑄造工藝條件下，系統(tǒng)研究了鋅錫比、Ca含量、單一Ti以及Ti、B復(fù)合添加對(duì)鑄態(tài)合金組織、力學(xué)性能和抗蠕變性能的影響，并探討了合金化行為的作用機(jī)理。本論文的目的在于通過提高鑄件冷卻速度、施加壓力場作用和合金化相結(jié)合來提高M(jìn)g-Zn-Sn基合金的綜合力學(xué)性能和耐熱性能，為新型低成本高性能鎂合金的研究提供新的思路。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 (1)系統(tǒng)地研究了五種凝固

3、條件包括普通鋼模鑄造、水冷鋼模鑄造、水冷銅模鑄造、水冷鋼模加壓鑄造和水冷銅模加壓鑄造對(duì)Mg-6Zn-3 Sn-2Al-0.2Ca鑄態(tài)合金組織與性能的影響。研究結(jié)果表明，凝固冷卻速率對(duì)合金的相組成有一定的影響，其中鋼模鑄造合金主要由α-Mg、Mg2Sn、Mg32(Al，Zn)49和MgZn相組成，而水冷鋼模加壓鑄造和水冷銅模加壓鑄造合金則主要由α-Mg、Mg2Sn、Mg32(Al，Zn)49和Mg51Zn20相組成;隨著凝固冷卻速率的提高

4、，合金中金屬間化合物相的相對(duì)含量增加，合金元素在α-Mg基體中固溶度下降，其中水冷銅模加壓鑄造合金中金屬間化合物相的含量比鋼模鑄造合金高69％;水冷銅模加壓鑄造條件下合金的組織最為細(xì)小，綜合力學(xué)性能最佳;凝固條件的差異影響合金的室溫拉伸斷裂形式，其中鋼模鑄造合金以解理斷裂和微孔聚集相結(jié)合的混合型斷裂為主，水冷銅模加壓鑄造合金以微孔聚集型韌性斷裂為主。
　　 (2)系統(tǒng)研究了鋅錫比（0.5，1和2）對(duì)Mg-xZn-ySn-2Al-

5、0.2Ca(x+y=9wt％)鑄態(tài)合金組織與力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，鋅錫比的變化對(duì)合金的相組成不存在明顯的影響，但會(huì)影響合金中金屬間化合物的形態(tài)和數(shù)量;隨著鋅錫比的降低，合金中金屬間化合物相的含量逐漸減少，其中Mg2Sn相相對(duì)含量增加，含Zn相含量減少;室溫下鋅錫比為1的合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度最高，而200℃下鋅錫比為0.5的合金強(qiáng)度最高;鋅錫比的變化影響合金的室溫拉伸斷裂模式，其中鋅錫比為2的合金以微孔聚集型的韌性斷裂為主、鋅錫

6、比為1的合金以混合型斷裂為主，而兩種合金高溫拉伸斷裂均傾向于韌性斷裂。因此，Mg-4.5Zn-4.5 Sn-2Al-0.2Ca合金是Mg-Zn-Sn基合金中比較好的成分配比。
　　 (3)系統(tǒng)研究了少量Ca（0.2％，0.4％和0.6％）對(duì)Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al鑄態(tài)合金組織、力學(xué)性能和抗蠕變性能的影響。研究結(jié)果表明，Ca加入量高于0.4％時(shí)，合金中形成了CaMgSn三元相;少量Ca的加入可以明顯細(xì)化合金組織和金屬間

7、化合物，提高合金的室溫和高溫強(qiáng)度并改善抗壓縮蠕變性能，其中0.2％Ca和0.4％Ca合金分別在室溫和200℃下強(qiáng)度最高;隨著Ca含量的增加，合金的初始應(yīng)變量和穩(wěn)態(tài)蠕變速率(200℃/55MPa)均降低，其中0.4％Ca合金的初始應(yīng)變量和穩(wěn)態(tài)蠕變速率分別比基體合金低77％和71％;少量Ca的加入還會(huì)影響合金的拉伸斷裂方式，合金的室溫拉伸斷裂方式隨著Ca含量增加由解理型斷裂向混合型斷裂轉(zhuǎn)變，而200℃下則由韌性斷裂向準(zhǔn)解理斷裂轉(zhuǎn)變。

8、　　 (4)研究了加入0.1％Ti以及復(fù)合添加0.1％Ti和0.02％B對(duì)Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al基鑄態(tài)合金組織、力學(xué)性能和抗蠕變性能的影響。研究結(jié)果表明，合金中加入0.1％Ti以及復(fù)合添加0.1％Ti和0.02％B后組織和第二相得到細(xì)化，第二相相對(duì)含量和偏聚程度增加;加入0.1％Ti后合金的室溫屈服強(qiáng)度提高、伸長率下降，200℃抗拉強(qiáng)度顯著提高;復(fù)合添加0.1％Ti和0.02％B后合金的200℃下抗拉強(qiáng)度明顯提高，比基體