少量Ca/Sr和时效对挤压态Mg-Zn-Sn-Al合金组织与性能的影响

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挤压镁合金具有组织细小、强度高和塑性好等优点,在汽车、航空、航天和国防军工等领域中具有广阔的应用前景。作为一类新型的高强耐热变形镁合金,Mg-Zn-Sn-Al系合金因成本低和热处理强化效果好而备受关注。Ca/Sr低合金化和时效处理可以进一步提高 Mg-Zn-Sn-Al系变形合金的强度。本文以Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al合金为研究对象,研究了少量 Ca/Sr和时效对挤压合金显微组织、力学性能、抗蠕变性能和耐腐蚀性能的影响。研究结果如下:  (1)挤压态 Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al合金具有较为完全的动态再结晶组织特征,晶粒尺寸细化至5.8μm,均匀化残留的Mg2Sn相沿挤压方向呈条带状分布。挤压合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到354MPa、216MPa和19.6%。  (2)添加少量 Ca/Sr可以细化挤压合金的晶粒尺寸,改善第二相的形貌与分布,进而提高合金的力学性能。特别是复合添加0.2Ca-0.6Sr时,挤压合金的平均晶粒尺寸约为3.8μm,残留 Mg2Sn相的尺寸减少,数量增多;合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到为368MPa、242MPa和22.9%。此外,Ca/Sr还对挤压合金的高温硬度和抗蠕变性能有很大影响。当温度高于150℃时,添加0.6Sr的合金硬度最高。单独添加0.2Ca和0.6Sr时,合金的稳态蠕变速率分别降低至5.293×10-7/s和4.73×10-7/s,抗蠕变性能明显增强;添加0.2Ca-0.6Sr时,合金的抗蠕变性能反而降低。  (3)挤压变形导致Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流密度增大,腐蚀行为由局部点腐向严重的全面腐蚀转变,耐腐蚀性能下降;少量Ca/Sr的添加均导致挤压合金耐腐蚀性能降低。  (4)双级时效可显著提高挤压合金的室温强度和高温抗蠕变性能。Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al-X(0、0.2Ca、0.6Sr、0.2Ca-0.6Sr)合金在双级时效峰值Ⅰ下,抗拉强度分别比挤压态合金提高12MPa、25MPa、30MPa和27MPa,稳态蠕变速率分别降低59.7%、73.7%、53.6%和71.0%。  (5)少量 Ca/Sr的添加会降低挤压合金的时效析出速率,推迟时效进程,但可以增强析出强化效果。在双级时效态峰值Ⅰ下,添加0.2Ca、0.6Sr和0.2Ca-0.6Sr的时效态合金的抗拉强度比 Mg-4.5Zn-4.5Sn-2Al合金分别提高22MPa、11MPa和29MPa,稳态蠕变速率分别降低55.9%、30.6%和23.0%。
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