含Cu和Sb的ZA105高鋅鎂合金組織和性能研究.pdf

1、Mg-Zn-Al系合金由于具有高溫性能較好、成本較低和鑄造性能較好等方面的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是一種有發(fā)展前途的高溫鎂合金。高鋅鎂合金的Zn含量一般在5wt.[％]以上，主要熱強(qiáng)相為τ-Mg32(Al,Zn)49相和少量的φ-Al2Mg5Zn2相，但其鑄造性能還未達(dá)到令人滿意的程度，容易產(chǎn)生熱裂傾向，并且常溫和高溫力學(xué)性能不能同時(shí)兼顧等方面也還存在問(wèn)題。為了改善Mg-Zn-Al系合金所存在的力學(xué)性能方面的問(wèn)題，本文選擇以Mg-10Zn-5Al(

2、ZA105)高鋅鎂合金為基礎(chǔ)，以Sb為變質(zhì)劑，Cu為合金化元素，優(yōu)化合金成分，開(kāi)發(fā)了一種新型低成本高鋅鎂合金。
　　 試驗(yàn)中采用金相組織觀察(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量散射光譜(EDS)、顯微硬度、沖擊韌度以及常溫和高溫拉伸性能測(cè)試等分析手段，系統(tǒng)地研究了添加不同含量Sb、Cu合金元素及不同熱處理工藝對(duì)Mg-10Zn-5Al鎂合金顯微組織及力學(xué)性能的影響，以期為高鋅鎂合金綜合力學(xué)性能的提高提供

3、依據(jù)。
　　 Sb的變質(zhì)作用研究結(jié)果表明：Mg-10Zn-5Al-2Cu合金的顯微組織由α-Mg基體、τ-Mg32(Al，Zn)49相、φ-Al2Mg5Zn2相和Mg2Cu組成。與無(wú)變質(zhì)的Mg-10Zn-5Al-2Cu合金相比，加入Sb后的合金中出現(xiàn)新的高熔點(diǎn)，具有六方D52結(jié)構(gòu)的黑色Mg3Sb2彌散顆粒組織。Sb含量為0.1wt.[％]時(shí)，合金組織細(xì)化效果最明顯。隨著Sb量的增加，Mg-10Zn-5Al-2Cu鎂合金的布氏硬度

4、呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)。當(dāng)Sb量增加至0.1wt.[％]時(shí)，沖擊韌度上升達(dá)到最大值6 J/cm2，比不含Sb時(shí)Mg-10Zn-5Al-2Cu鎂合金的沖擊韌度提高了50[％]，而合金的抗拉強(qiáng)度也達(dá)到190MPa。特別是Sb的含量為0.2wt.[％]時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值195Mpa，較之不加Sb時(shí)提高5.4[％]，但其沖擊韌度急劇下降。Sb量大于0.2wt.[％]時(shí)，合金的拉伸強(qiáng)度也開(kāi)始逐漸下降。為此，本實(shí)驗(yàn)條件下，Sb合適的加入量為

5、0.1wt.[％]，Mg-10Zn-5Al-2Cu鎂合金的組織細(xì)化效果最好，具有良好的綜合力學(xué)性能。
　　 Cu的合金化分析結(jié)果顯示：Mg-10Zn-5Al-0.1Sb高鋅鎂合金中Cu的加入使合金第二相τ-Mg32(Al，Zn)4相上出現(xiàn)了新的魚(yú)骨狀Mg2Cu相。合金中Cu的加入量不超過(guò)2.0wt.[％]時(shí)，隨著Cu量的增加，合金的硬度、拉伸強(qiáng)度逐漸上升，沖擊韌度逐漸下降。特別在Cu的含量為2.0wt.[％]時(shí)，合金的硬度達(dá)到最

6、大值79.35HB，較之不加Cu時(shí)提高了9.65[％]；室溫和高溫(200℃)拉伸強(qiáng)度也達(dá)到190MPa和160MPa，比不加Cu時(shí)分別提高了21.1[％]和14.3[％]，但沖擊韌度開(kāi)始升高達(dá)6 J/cm2。隨著Cu量的繼續(xù)增加，合金的顯微組織粗大化，其硬度、拉伸強(qiáng)度和沖擊韌度均開(kāi)始降低。因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下，Cu的合適加入量為2.0wt.[％]，Mg-10Zn-5Al-0.1Sb高鋅鎂合金的合金化效果最明顯，具有較高的力學(xué)性能。

7、r>　　 熱處理的試驗(yàn)結(jié)果表明：
　　 (1)經(jīng)過(guò)固溶處理后的Mg-10Zn-5Al-0.1Sb-Xcu合金，晶界上τ-Mg32(Al,Zn)49相和晶內(nèi)φ-Al2Mg5Zn2相周?chē)墓簿Е?Mg相均溶入到基體組織中，組織中第二相τ-Mg32(Al,Zn)49相的形狀及分布都發(fā)生了明顯的變化。但固溶處理并沒(méi)有使晶界上的第二相τ相完全固溶到基體中，在晶界處仍存在高熔點(diǎn)的熱穩(wěn)定相τ-Mg32(Al,Zn)49相和Mg2Cu相。與鑄

8、態(tài)合金相比，經(jīng)過(guò)固溶處理24h后的Mg-10Zn-5Al-0.1Sb-Xcu試驗(yàn)合金，基體的顯微硬度明顯提高，提高到85Hv，比鑄態(tài)合金提高了16.6[％]。
　　 (2)經(jīng)過(guò)時(shí)效處理36h后的Mg-10Zn-5Al-0.1Sb-Xcu合金，彌散分布的三元沉淀相會(huì)在晶界以及附近最大量析出，析出的三元沉淀強(qiáng)化相主要是τ-Mg32(Al,Zn)49相和φ-Al2Mg5Zn2相。合金的時(shí)效時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)至48h時(shí)，合金析出的三元相發(fā)生

9、聚集長(zhǎng)大。合金的顯微硬度隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)。時(shí)效時(shí)間為36h時(shí)，合金的顯微硬度達(dá)到最大值105.9Hv，比固溶時(shí)合金的顯微硬度(85Hv)提高了24.6[％]；隨時(shí)效時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，合金顯微硬度下降。固溶+時(shí)效處理后的實(shí)驗(yàn)合金，其室溫和高溫拉伸強(qiáng)度均比鑄態(tài)要提高很多，但其變化趨勢(shì)與鑄態(tài)時(shí)一致。當(dāng)Cu的含量為2.0wt.[％]時(shí)，固溶+時(shí)效處理后合金的室溫和高溫(200℃)拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到228 Mpa和176MPa，比