AZ91鎂合金強(qiáng)韌化的研究.pdf

1、鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼性能好以及電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)成為汽車、計(jì)算機(jī)和通訊行業(yè)的重要輕質(zhì)材料。目前應(yīng)用最廣的AZ91合金具有較高的室溫強(qiáng)度，優(yōu)良的鑄造工藝性能以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，但這種合金的高溫力學(xué)性能差，長(zhǎng)期的使用溫度不能超過(guò)120℃。雖然具有良好高溫性能的Mg-Al-Si和Mg-Al-RE合金已被開發(fā)出來(lái)，但它們的鑄造性能差或者成本較高限制了其在鑄造方面的應(yīng)用。因此，在AZ91合金基礎(chǔ)上開發(fā)出低成本并且具有高強(qiáng)度和

2、高韌性的新型鎂合金顯得越來(lái)越重要了。本文以AZ91為母合金，采用添加Al-3％C、Al-8％Ti-1％C中間合金和合金元素Si和Si、Ca、RE復(fù)合微合金化以及熱處理的方法來(lái)強(qiáng)化AZ91合金。 采用金相觀察(OM)、X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能量散射光譜(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)、硬度、沖擊韌性以及拉伸性能測(cè)試等分析手段，系統(tǒng)地研究了添加不同含量的Al-3％C、Al-8％Ti-1％C中間合金和微量

3、合金元素以及不同的熱處理工藝對(duì)AZ91合金顯微組織和力學(xué)性能的影響及其作用機(jī)理。 添加Al-3％C和Al-8％Ti-1％C中間合金細(xì)化研究結(jié)果表明：1)加入1％Al-3％C、1％Al-8％Ti-1％C中間合金可顯著細(xì)化AZ91合金的鑄態(tài)組織，晶粒大小由130μm分別減小到65μm和45μm。當(dāng)添加量大于1％時(shí)，二者細(xì)化作用均減小。Al-8％Ti-1％C中間合金不僅對(duì)基體α-Mg有細(xì)化作用，而且使離異共晶β-Mg17Al12相由連

4、續(xù)網(wǎng)狀轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)短棒狀。2)Al-3％C和Al-8％Ti-1％C中間合金可以細(xì)化AZ91合金的機(jī)理分別是Al4C3相及Al4C3相和TiC相的復(fù)合在合金α-Mg晶粒的形核核心，從而有效地細(xì)化了合金的組織。3添加1.0％Al-3％C和1.0％Al-8％Ti-1％C中間合金細(xì)化后合金的沖擊韌性值分別比AZ91合金提高了60％和90％，硬度值沒(méi)有明顯變化。 添加合金元素研究結(jié)果表明：1)AZ91合金加入Si后生成漢字狀Mg2Si相；A

5、l-P、Al-Ti-C-P和Ca的加入均能使?jié)h字狀Mg2Si相變?yōu)榧?xì)小均勻彌散分布的顆粒狀。Al-P變質(zhì)機(jī)理是AlP單一相作為Mg2Si的異質(zhì)形核核心和P以固溶態(tài)形式存在Mg2Si顆粒相中改變其形狀；而Al-Ti-C-P變質(zhì)機(jī)理是AlP和AlMn復(fù)合相作為Mg2Si的異質(zhì)形核核心，且TiC顆粒的存在，使部分游離態(tài)的P又重新發(fā)揮形核作用。Ca變質(zhì)機(jī)理是CaSi2作為Mg2Si的異質(zhì)形核核心。2)A1-P變質(zhì)后合金抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率

6、和沖擊韌性值比AZ91+0.7％Si合金分別提高7.5％、13％、50％和68％；而Al-Ti-C-P分別提高了12.9％、21.7％、66.7％和60.1％。3)加入的Ca大部分溶入β-Mg17Al12相，提高了β-Mg17A112相的熔點(diǎn)大約19℃；AZ91+0.7％Si+0.22％Ca合金基礎(chǔ)上添加RE后，出現(xiàn)了針狀化合物Al11RE3，晶界的β-Mg17Al12相形態(tài)細(xì)化、數(shù)量減小；RE加入量為0.9％時(shí)，針狀化合物Al11RE

7、3有團(tuán)聚傾向。4)AZ91+0.7％Si+0.22％Ca合金基礎(chǔ)上添加0.9％的RE時(shí)，合金硬度值為69.5，比AZ91和AZ91+0.7％Si合金分別提高了20％和7.9％；添加0.3％RE時(shí)，沖擊韌性值α k=8.0Jcm-2，比AZ91和AZ91+0.7％Si合金分別提高了60％和52.8％。5)Si加入到AZ91合金延長(zhǎng)了固溶處理時(shí)間，28h后β-Mg17A112相才能全部溶入基體中，漢字狀Mg2Si相形貌基本沒(méi)有變化。在時(shí)效處