硅和磷化鋁對高鋅鎂合金顯微組織及性能的影響.pdf

1、鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度高、阻尼性能及磁屏蔽性能好等優(yōu)點，近年來成為汽車、電子行業(yè)首選的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。高鋅鎂合金是新型的耐熱鎂合金，其Zn含量一般在5％以上，主要強(qiáng)化相為三元金屬間化合物T相(Mg32(A1，Zn)49)和少量的φ相(A12MgsZn2)，但該系合金的鑄造性能較差，高溫性能也有待進(jìn)一步提高。本文選擇Mg-8Zn-4Al-0．3Mn(ZA84)高鋅鎂合金作為基礎(chǔ)合金，以Si為低合金化元素，A1-AlP中間合金為變質(zhì)劑，設(shè)計

2、了十余種不同成分的合金。在測試合金流動性及力學(xué)性能的同時，采用光學(xué)顯微鏡(OM)，X射線衍射儀(XRD)，掃描電鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)，能量分散型X射線儀(EDXS)，差示掃描量熱儀(DSC)等多種分析手段，系統(tǒng)地研究了Si和A卜AlP中間合金對ZA84高鋅鎂合金組織演變和性能的影響及其作用機(jī)制。對含Si和AlP高鋅鎂合金的熱穩(wěn)定性及冷卻速率敏感性也進(jìn)行了探討。在此基礎(chǔ)上，對高鋅鎂合金進(jìn)行了成分優(yōu)化。 研究表明，隨著基

3、礎(chǔ)合金ZA84中加入Si量的增加，合金的流動性持續(xù)增加。這是Si加入后合金液相線溫度的降低、凝固溫度范圍的減小以及Mg2Si結(jié)晶潛熱的釋放等因素共同作用的結(jié)果。當(dāng)Si含量較低時(例如小于0.36wt.％)，Mg2Si相以共晶方式生成，呈小塊狀和小條狀分布于晶界及晶界附近，基體晶粒及三元相都得到不同程度的細(xì)化；當(dāng)Si含量大于0.71wt.％時，Mg2Si主要呈現(xiàn)為比較粗大的塊狀及漢字形初生相，分布于晶內(nèi)，基體組織變化不大。Mg2Si相由小

4、塊狀長成漢字形意味著其生長方式由小晶面界面長大改變?yōu)榉切【娼缑骈L大。 對ZA84+Si系合金進(jìn)行熱處理，結(jié)果表明：合金在時效過程中沉淀相發(fā)生均勻的連續(xù)析出，其中基礎(chǔ)合金ZA84中的納米級析出相是沿基體a(Mg)的(0001)密排面析出，加入元素Si后，納米級析出相則是沿基體任意方向析出。隨著ZA84合金中加入Si量的增加，合金的析出相形成激活能呈增加趨勢，峰值時效時間由ZA84合金的2h左右推遲至8h左右，再結(jié)晶時間較ZA84

5、合金推遲4h以上。 基礎(chǔ)合金ZA84中加入Si后由于Mg2Si強(qiáng)化相的形成、基體組織的細(xì)化及合金時效過程中大量彌散相的析出，使得合金在常溫和高溫(423K)下的力學(xué)性能都得到不同程度的提高，但過多的Si(例如大于0．71wt．％)會導(dǎo)致漢字形Mg2Si的形成，使合金的力學(xué)性能。F降。 向Mg-8Zn-4A1-0．3Mn-0．96Si(096Si)合金中加入變質(zhì)劑Al-AlP中間合金，結(jié)果表明：該變質(zhì)劑能夠促使Mg2Si初

6、生相由粗大的漢字形變?yōu)榧?xì)小、彌散分布的顆粒狀，并使合金基體組織顯著細(xì)化。Al-AlP對Mg2Si相的變質(zhì)是以AlP作為Mg2Si相的異質(zhì)核心和P原子固溶于Mg2Si相中影響其生長兩種機(jī)制共同作用的結(jié)果。變質(zhì)后合金組織的進(jìn)一步細(xì)化以及合金中大量熱強(qiáng)顆粒對位錯運(yùn)動的阻礙和對晶界的釘扎作用，使得合金的室溫及高溫(423K)性能進(jìn)一步提高。變質(zhì)后合金的流動性也得到進(jìn)一步改善。此外，對變質(zhì)后合金在不同冷卻速率下的顯微組織分析表明，隨著冷卻速率的增

7、大，合金的顯微組織細(xì)化明顯，其基體晶粒對冷速的敏感性介于ZA84與096Si合金之間。 在對基礎(chǔ)合金ZA84的合金化及變質(zhì)過程中，出現(xiàn)三元金屬間化合物的相選擇現(xiàn)象：在ZA84合金中加入Si導(dǎo)致φ相增加，T相減少；繼續(xù)加入AlP后，T相增加，φ相減少。ZA84+Si(AlP)系合金凝固過程的DSC分析表明，合金凝固過程中動力學(xué)條件的改變導(dǎo)致三元相T與φ之間出現(xiàn)相選擇。運(yùn)用過冷熔體中非均質(zhì)形核的穩(wěn)態(tài)形核率數(shù)學(xué)模型對實驗合金中三元金屬

8、間化合物相選擇進(jìn)行動力學(xué)分析表明，過冷熔體中存在一臨界過冷度，當(dāng)T相與φ相析出時熔體的過冷度大于此臨界值，則T相優(yōu)先析出而φ相受到抑制，否則，φ相優(yōu)先析出而T相被抑制。該相選擇規(guī)律可為控制高鋅鎂合金中強(qiáng)化相的選擇性析出提供一定的科學(xué)依據(jù)。 采用高溫金相顯微鏡對合金的熱穩(wěn)定性分析表明，基礎(chǔ)合金ZA84中Si的加入使晶界的熱穩(wěn)定性增加；在此基礎(chǔ)上加入適量AlP后，晶界的熱穩(wěn)定性變化不大；ZA84+Si系合金中顆粒狀Mg2Si比漢字形