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镁合金具有重量轻、比强度高、阻尼减震性好等优点,在工业领域(运输机械、3C产品、便携产品和手动工具等)得到越来越广泛的应用。在众多镁合金系列中,AZ系镁合金具有突出的变形工艺和性价比优势,已成为最主要的变形镁合金。但目前对Al含量大于6%的镁合金的挤压组织和性能缺乏系统研究。
本文作为“挤锻复合成型工艺研究”的一部分,拟通过对Mg-(6~9)Al-Zn镁合金组织和性能进行研究,探索控制和提高AZ系镁合金性能的途径,满足关键零部件对性能的要求。为此,用金相观察、X-衍射(XRD)、拉伸实验、扫描电镜(SEM)断口分析等方法,系统地实验研究了含Al6~9%的AZ系镁合金在挤压成形过程中的组织、性能及拉伸失效行为,以期系统了解半连续铸锭、均匀化处理以及热挤压变形过程中,Al对AZ镁合金挤压变形组织、性能和拉伸断裂行为的影响。
研究结果表明:Mg-(6~9)Al-Zn合金铸态下主要是由基体α-Mg和第二相Mg17Al12组成,β相其以不同形态分布于枝晶间和晶界处;经均匀化处理后,晶粒尺寸从铸态的60~90μm长大到80~140μm,第二相大部分溶解,但在枝晶之间及铸态晶界上还残余着少量第二相。经400℃下32变形比的热挤压成形后,晶粒组织被显著细化为约5μm的等轴晶,由于回复再结晶,纵截面的晶粒亦呈等轴晶,只是晶粒度较横截面略小。
拉伸性能检测表明:铸态条件下,随Al含量升高,四种合金的抗拉强度和屈服强度均先降低后升高再降低,其中AZ61最高达213.2MPa和135.6MPa,AZ91最低为160.7MPa和85.4MPa,延伸率先升高后降低,AZ61最高为12.7%,AZ91最低为3.4%;挤压成形后,材料的拉伸性能大幅度提升,随Al含量增加,抗拉强度、屈服强度逐渐升高,分别从AZ61最低的287.1MPa、208.8MPa,提高到AZ91的最高336.7MPa、245.3MPa,四种合金的延伸率略有波动,但均在12%以上,其中,AZ81最高,达到17.4%;铸态和挤压态的硬度均随Al含量的提高而逐渐升高,均从AZ61的56.5和71.7升高到AZ91的64.9和80.4.。四种合金的铸态拉伸断口均主要表现为第二相主导的脆性断裂,挤压态则转变为基体主导的韧性断裂。