Mg-Sn-Mn合金相圖計算與優(yōu)化.pdf

1、本文選定研究Mg-Sn-Mn合金體系,期待通過在鎂合金中添加Sn和Mn兩種元素提高鎂合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性。為了更好的改進鎂合金的性能、優(yōu)化合金成分和熱處理工藝,本文從相平衡關(guān)系及熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫角度使用Thermo-Calc軟件對Mg-Sn-Mn三元體系相圖進行研究,掌握相圖和相關(guān)熱力學(xué)信息,并對Mg-Sn-Mn合金性能進行表征。
　　 本文利用相圖計算技術(shù)(CALPHAD),系統(tǒng)地收集、整理和評估現(xiàn)有的Mg-Mn、Mg-Sn、

2、Mn-Sn熱力學(xué)和相圖數(shù)據(jù),其中液相和端際相采用替代溶液模型,所有化合物均為化學(xué)計量比,計算所得Mg-Mn二元相圖含有六個相區(qū),分別為Liquid、Liquid+δMn、Liquid+γMn、Liquid+βMn、Liquid+αMn和Mg+αMn;Mg-Sn二元相圖含有七個相區(qū),分別為Liquid、Liquid+Mg2Sn、Mg2Sn+βSn、Liquid+βSn、Mg+Mg2Sn、Liquid+Mg和Mg;Mn-Sn二元相圖含有十七

3、個相區(qū),分別為Liquid、MnSn2+Mn2Sn、Liquid+MnSn2、Liquid+Mn2Sn、Mn19Sn6+Mn2Sn、βMn+Mn19Sn6、βMn+Liquid、δMn+βMn、βMn+γMn、γMn+δMn、δiMn+Liquid、Liquid+Mn19Sn6、αMn+βMn、δMn、γMn、βMn和αMn,相平衡、相區(qū)、熱力學(xué)數(shù)據(jù)均與實驗數(shù)據(jù)相吻合。
　　 結(jié)合Mg-Mn、Mg-Sn、Mn-Sn二元系熱力學(xué)數(shù)

4、據(jù),運用熱力學(xué)計算方法合理外推計算了Mg-Sn-Mn三元系部分等溫截面相圖。以實驗為基礎(chǔ),優(yōu)化了Mg-Sn-Mn三元體系富鎂角的673K、773K等溫截面相圖,對該體系合金在673K、773K平衡條件下的熱力學(xué)性質(zhì)進行了研究。得出在富鎂角區(qū)域有四個相區(qū),一個單相區(qū)Mg,兩個兩相區(qū)Mg+Mn、Mg+Mg2Sn,一個三相區(qū)Mg+Mn+Mg2Sn。優(yōu)化后Mg-Sn-Mn三元系富鎂角673K等溫截面相圖中Mg中Sn原子分數(shù)為0-0.72％,Mn

5、原子分數(shù)為0-0.17％;優(yōu)化后Mg-Sn-Mn三元系富鎂角773K等溫截面相圖中Mg中Sn原子分數(shù)為0-2.7％,Mn原子分數(shù)為0-0.32％;
　　 雖然Sn和bin元素都可以起到細化Mg-Sn-Mn合金晶粒的作用,但是Sn元素的細化效果更為明顯。當Sn元素增加到一定含量,在晶界及二次枝晶處析出Mg2Sn,這與相圖計算結(jié)果相符。Sn元素的加入使合金硬度顯著增加,有效改善其力學(xué)性能;Mn元素對合金硬度的影響與合金的相組成有關(guān),

6、當合金中相組成為單相Mg時,合金硬度隨Mn含量的增加而升高,當合金相組成為兩相Mg+Mn時,合金硬度隨著Mn含量的增加而降低,所以合金硬度隨Mn含量增加而先增后減,Mn含量為0.5％時合金硬度達到最大值。
　　 隨著合金中Mn和Sn含量的增加,鑄態(tài)、673K平衡處理、773K平衡處理后的Mg-Sn-Mn鎂合金耐蝕性能變好,但Mn元素的影響比Sn元素的影響大,Mn在合金中的析出可以有效提高合金的耐蝕性,達到最初設(shè)計合金體系時的目的