az91d鑄造鎂合金的固溶處理與半固態(tài)等溫處理后組織與性能變化的比較分析

1、<p>　　AZ91D鑄造鎂合金的固溶處理與半固態(tài)等溫處理后組織與性能變化的比較分析</p><p>　　摘 要：會引起鎂合金的過燒和變形，甚至晶界上析出的第二相因過燒變得很疏松使鎂合金的顯微硬度很低。 </p><p>　　關鍵詞：鎂合金；固溶處理；半固態(tài)等溫處理；組織演變；性能 </p><p><b>　　0 引言 </b>&l

2、t;/p><p>　　鎂合金經(jīng)過鑄造加工后不進行固溶處理，而是直接進行人工時效，從而獲得比較高的時效強化效果，另外為了消除鑄件的殘余應力及變形鎂合金的冷作硬化也可進行退火處理，而且通過晶粒細化可以顯著提高鎂合金的強度和塑性。在改良鑄造鎂合金性能的過程中，如何取舍固溶處理和人工時效是一個值得研究的問題。[1][4][6] </p><p>　　傳統(tǒng)的壓鑄是鎂合金液以高速的紊流和彌散狀態(tài)填充壓鑄型

3、腔，使型腔內(nèi)的空氣在高壓下可能會溶解在壓鑄合金毛培件內(nèi)，或者形成許多彌散分布在壓鑄件內(nèi)的高壓微氣孔。這些高壓下溶解的氣體和微氣孔在高溫下會析出和膨脹，從而導致鑄件變形和表面鼓泡。為了消除這種缺陷，須采用半固態(tài)金屬成形技術提高壓鑄件的內(nèi)在質(zhì)量。半固態(tài)成形技術充型平穩(wěn)、無金屬噴濺、節(jié)能安全、鑄件孔隙率很低，其工藝過程簡單，成本低廉。[3] </p><p>　　本文主要研究了半固態(tài)等溫熱處理過程中，等溫熱處理溫度和保

4、溫時間等工藝對AZ91D鎂合金半固態(tài)組織演變和性能的影響，以和固溶處理與半固態(tài)等溫處理對AZ91D鑄造鎂合金組織形態(tài)和性能的影響，以及二者之間比較分析和聯(lián)系。 </p><p><b>　　1 實驗方法 </b></p><p>　　1.1 固溶處理工藝 </p><p>　　1.2 半固態(tài)等溫處理工藝 </p><p>

5、;　　本文采用半固態(tài)等溫熱處理法對鑄造鎂合金中應用最廣泛的AZ91D進行了處理，探討半固態(tài)等溫處理中組織演變的過程和機理；為后續(xù)鎂合金半固態(tài)成形提供理想的非枝晶組織。[11]所以，制定的半固態(tài)等溫處理工藝為：（1）在520℃分別保溫10min、40min、60min、90min；（2）在550℃分別保溫10min、40min、60min、90min。 </p><p>　　為防止鎂合金在加熱過程中產(chǎn)生氧化腐蝕，在

6、加熱容器中放適量的硫磺，使硫磺燃燒釋放SO2，從而起到保護效果。另外，按照熱處理工藝類型和溫度分組見表1。 </p><p>　　表1 熱處理工藝類型匯總、編號表 </p><p>　　1.3 顯微金相觀察及硬度維氏測試 </p><p>　　圖1 顯微維氏硬度平均數(shù)值 </p><p>　　熱處理后的試樣經(jīng)鑲嵌、磨光后，采用手動轉(zhuǎn)塔顯微硬度

7、儀分組進行顯微維氏硬度測試，每一個試樣測3-5個硬度數(shù)據(jù)，測試時顯微印痕呈對角線分布，以免印痕之間因為加工硬化而影響數(shù)據(jù)，測試后的平均數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)如圖1。 </p><p>　　經(jīng)過顯微維氏硬度測試后，將試樣研磨拋光，再用苦味酸乙醇溶液進行腐蝕，采用金相光學顯微鏡觀察，找到清晰的金相組織后用數(shù)碼相機連接適配鏡開始抓拍照片，并觀察合金微觀組織。[5][6] </p><p>　　2 實驗結(jié)果與金

8、相分析 </p><p>　　2.1 固溶處理后鎂合金的形貌觀察和組織演變分析 </p><p>　　因此，通過對AZ91D鑄造鎂合金在低溫和高溫進行不同時長的固溶處理后，分析其組織形貌和顯微維氏硬度可知：對AZ91D鑄造鎂合金進行長時間的高溫固溶處理是沒有強化意義的。 </p><p>　　2.2 半固態(tài)等溫處理后鎂合金的形貌觀察和組織演變分析 </p>

9、;<p>　　當AZ91D鑄造鎂合金試樣在爐內(nèi)達到設定溫度520℃-550℃時，原本鑄造合金中的枝晶臂形貌逐步消失，形成大塊晶粒，晶界上的共晶體發(fā)生重熔。這是由于在此過程中發(fā)生了兩種變化：（1）在一個晶粒內(nèi)部，由于溫度的升高，使成分均勻化及固溶度提高；（2）枝晶臂之間的曲率不同，造成枝晶臂附近溶質(zhì)濃度的差別，使得細枝晶融化或溶解，甚至從細枝晶根部熔斷；（3）在先前的凝固過程中，低熔點的相后凝固而存在于枝晶之間或晶粒之間，融

10、化時這些組織首先發(fā)生融化。[3][4] </p><p>　　如圖8所示，在高溫處理的初期，原本的枝晶稍微有所溶解；隨著處理時間的延長，細小的枝晶以及殘留的連枝狀組織完全溶解，合并長大形成大塊的晶粒；當保溫時間到達60分鐘到90分鐘時，晶界上滯留的共晶相和溶入α-Mg晶粒中的相同時溶入到基體中，使得基體成為了飽和或過飽和的狀態(tài)，故而鎂合金的硬度很高。[7] </p><p>　　圖8 52

11、0℃半固態(tài)等溫處理不同時間的組織 </p><p>　　如圖9所示，在550℃高溫處理的初期，在如此高溫下枝晶組織早已消失，形成了較圓潤的大顆粒球狀組織，顆粒之間的共晶相有部分溶入基體，部分充滿了基體晶界。隨著處理時間的延長，基體內(nèi)部有強化相相呈網(wǎng)絡團絮狀析出，同時也有Al-Mn相呈黑點或微小顆粒狀析出，從而起到雙重強化作用。當處理時間再次延長時，晶粒明顯粗化，使得強化相在基體內(nèi)飽和而向晶界析出，從而破壞了晶粒的

12、相互連貫性在晶界上出現(xiàn)了疏松脆硬的大片相。另外從外觀上觀察，在550℃高溫下長時間處理會發(fā)生過燒現(xiàn)象而產(chǎn)生外觀疏松的組織。[10] </p><p>　　圖9 550℃半固態(tài)等溫處理不同時間的組織 </p><p><b>　　3 結(jié)論 </b></p><p>　　3.1 AZ91D鑄造鎂合金在固溶處理中都依次會發(fā)生以下4個過程： </

13、p><p>　　1）原本鑄態(tài)枝晶組織會重熔集聚長大，形成以α-Mg為基體，基體內(nèi)部強化相相向晶界析出形成清晰組織，此過程隨著處理溫度的提高而提前實現(xiàn)。 </p><p>　　2）強化相相在基體內(nèi)達到飽和后會向境界上析出。 </p><p>　　3）隨著處理溫度的升高和處理時間的延長，在基體α-Mg內(nèi)部會有少量的Al-Mn相呈小豆點狀析出起到少量強化作用。如果處理溫度很高

14、，時間很長時，這種Al-Mn相的析出會越多，但是由于AZ91D鑄造鎂合金中Mn的含量很低，使得Al-Mn相的強化作用很小。 </p><p>　　4）從顯微維氏硬度測試結(jié)果來看，熱處理溫度在保持10h就能達到較高的硬度，長時間高溫固溶熱處理是沒有必要的。 </p><p>　　3.2 AZ91D鑄造鎂合金在半固態(tài)等溫處理中會依次發(fā)生以下5個過程和不同的階段特征 </p>&l

15、t;p>　　1）處理初期原本的枝晶會重熔，晶粒會集聚長大合并。 　　2）晶粒明顯長大后形成球狀組織。 </p><p>　　3）長時間處理后，強化相相在基體內(nèi)達到飽和后會向境界上析出，在基體α-Mg內(nèi)部會有少量的Al-Mn相呈小豆點狀析出起到強化作相的團絮狀和Al-Mn相的小豆點狀表現(xiàn)很清晰。 </p><p>　　4）在較高溫度處理時，以上3個過程會提前短時間內(nèi)實現(xiàn)，重熔和晶粒集

16、聚長大的效率很高，而且β- Mg17-Al12相在基體內(nèi)部過飽和已經(jīng)向晶界大量析出呈塊狀。如果高溫處理時間過長時，晶界上的大片第二相連接成大區(qū)域，而且因為長時間高溫導致燒損形成疏松組織，顯微硬度降低。 </p><p>　　5）從顯微維氏硬度測試結(jié)果來看，520℃處理保持90min和560℃處理保持40min兩個方案得到的結(jié)果比較可取。 </p><p><b>　　參考文獻：

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