硅鈣合金對AM60鎂合金顯微組織及性能的影響.pdf

1、鎂合金具有密度低、比強度和比剛度高、阻尼性能好以及電磁屏蔽能力強等優(yōu)點，近年來成為汽車和電子行業(yè)的重要輕質(zhì)材料，被譽為21世紀最富于發(fā)展?jié)摿Φ摹熬G色工程材料”。隨著汽車輕量化的要求，越來越多的汽車零部件采用鎂合金制造來減輕汽車自重，其中汽車輪轂對于汽車減重具有尤其重要的意義和效果，但輪轂的使用條件決定其必須同時具有較高的強度和韌性，目前的鎂合金材料還達不到這方面的要求。AM60及AZ91鎂合金是工業(yè)應用最為廣泛的鎂合金。AM60韌性較好

2、，但強度有待進一步提高。提高鎂合金的強韌性是拓展鎂合金在汽車上的應用范圍的一個重要方向。 Si加入到鎂合金中可以提高合金的流動性，而且形成具有高熔點、高硬度、低密度、高彈性模量和低熱膨脹系數(shù)的Mg2Si相。但Mg2Si相往往形成粗大的漢字型，割裂基體，造成合金力學性能的下降。適當?shù)腃a加入鎂合金中可以細化晶粒，而且對Mg2Si相可以起到變質(zhì)作用，使粗大漢字型變成規(guī)則細小的多邊形，從而起到彌散強化作用，提高合金的綜合性能。由于Si

3、和Ca的熔點較高，一般情況下用Al-Si、A1-Ca和Mg-Ca等中間合金引入Si和Ca元素，而直接向鎂合金中添加硅鈣合金的研究還未見報道，因此本文通過在AM60合金的基礎(chǔ)上添加硅鈣合金，來研究硅鈣合金對AM60合金組織和性能的影響。 本文添加不同量的硅鈣合金配制了四種合金。應用光學顯微鏡(OM)，X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、帶能譜分析(EDS)的掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段，通過對合金顯微硬度、拉伸

4、性能、沖擊韌性、流動性、自腐蝕電位、極化曲線、失重腐蝕速率等性能的測試，較系統(tǒng)和深入地研究了硅鈣合金對AM60合金組織及力學性能的影響及其作用機理。 研究表明，硅鈣合金加入AM60合金中后，直接形成了規(guī)則多邊形Mg2Si顆粒相，沒有出現(xiàn)漢字型Mg2Si，Al8Mn5相和硅鈣合金中的CaSi2相有效的充當了Mg2Si相的異質(zhì)形核核心。加入硅鈣合金后，形成的Mg2Si顆粒相對基體起到了彌散強化作用，細化了晶粒，使第二相β-Mg17A

5、l12由半連續(xù)網(wǎng)狀轉(zhuǎn)變?yōu)閺浬⒌念w粒狀或島狀，顯著改善了合金的顯微組織。加入硅鈣合金后合金的力學性能得到了一定程度的提高，當加入的Si含量為1.8％時，合金的顯微硬度、抗拉強度、伸長率分別比原始合金提高了25％，13.9％和28.5％，沖擊功提高了一倍。AM60合金的斷裂總體上屬于脆性斷裂，從斷口來看，其具有典型的準解理特征，加入硅鈣合金后，斷口呈現(xiàn)一定的韌性斷裂特征，是具有一定韌窩和撕裂棱的準解理斷裂方式。 硅鈣合金加入到AM6

6、0合金中后，合金的液相線溫度隨著硅鈣合金量的增大而逐漸降低，過熱度逐漸提高；合金的結(jié)晶區(qū)間是先減小而后又增大，當加入1.8％Si-Ca合金時，結(jié)晶區(qū)間減小了13.34℃，提高了合金的鑄造性能。另外，在合金凝固時形成新相Mg2Si，釋放更多的結(jié)晶潛熱，也促使合金的流動性得以提高。AM60合金凝固時首先析出α-Mg相，然后發(fā)生離異共晶反應析出β-Mg17Al12相，加入硅鈣合金后，由于先析出Mg2Si相，使初生α-Mg相邊界處的Al原子更容

7、易富集，從而更容易發(fā)生離異共晶反應。 熱處理研究表明，合金經(jīng)410℃，12h固溶處理后，β-Mg17Al12完全固溶到基體中，形成過飽和的α-Mg固溶體，而Mg2Si相是高熔點相，經(jīng)過固溶處理后，并沒有大的變化，從而能提高合金的高溫穩(wěn)定性。當加入的Si的含量為1.8％時，合金的晶粒尺寸由原來的180μm減小到80μm；合金的顯微硬度得到了一定的提高；隨著固溶時間的增加，合金的晶粒逐漸增大，但在48h之內(nèi)增加幅度較小，而后增加比較

8、明顯，固溶時間增加，Al、Zn等原子擴散更加均勻，進一步提高了合金的顯微硬度。合金經(jīng)205℃時效處理后，析出相首先在晶界處形成，隨著時效時間的延長，析出相越來越多，并且逐漸向晶內(nèi)生長；加入硅鈣合金前后的析出方式有明顯的不同，由原來的非連續(xù)析出向連續(xù)析出轉(zhuǎn)變，晶內(nèi)析出細小彌散且分布均勻的β相。時效前的固溶處理時間對時效析出相的析出方式也有較大的影響，固溶處理時間越長，溶質(zhì)原子擴散越均勻，析出相的形核越困難，越有利于以連續(xù)析出方式析出。時效