论文部分内容阅读
镁是地壳中储藏量较多的金属元素之一（2.1％），仅次于铝和铁而居于第三位。镁合金密度一般小于2g／cm3，是目前最轻的金属结构材料之一，其比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相当，远高于纤维增强塑料；机械加工性能优良，且加工成本低，加工能量仅为铝合金的70％；耐磨性能比低碳钢好得多，已超过压铸铝合金A380；减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金；并且还有高的导热和导电性能以及无毒性的特点，所以综合性能优良的镁合金可应用范围遍布于汽车、计算机、通讯等广阔领域。目前应用最广的AZ91合金具有较高的室温强度，优良的铸造工艺性能以及低成本等优点，但这种合金的高温力学性能差，长期的使用温度不能超过120℃。虽然具有良好高温性能的Mg-Al-Si和Mg-Al-RE合金已被开发出来，但它们的铸造性能差或者成本较高限制了其在铸造方面的应用。因此，开发出低成本并且具有良好的室温及高温性能的新型镁合金显得越来越重要了。而Mg-Zn-Al系合金正是最有希望满足以上需要的合金系，Mg-Zn-Al系合金的制造成本低，具有与AZ91D合金相当的室温强度，蠕变抗力远高于AZ91D合金，且抗腐蚀能力强。但此种合金的凝固区间较宽，易出现铸造缺陷。本文通过添加Al5TiB、RE变质剂来研究Mg-8Zn-4Al-0.3Mn-x（y）合金的显微组织、力学性能、凝固过程和沉淀析出动力学。 采用金相观察（OM）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量散射光谱（EDS）、差热扫描量热仪（DSC）、透射电子显微镜（TEM）、显微硬度以及拉伸性能测试等分析手段，系统地研究了添加不同含量的Al5TiB、RE变质剂以及不同的热处理工艺对Mg-8Zn-4Al-0.3Mn合金显微组织和力学性能的影响。 变质处理研究结果表明：①加入Al5TiB、RE变质剂的Mg-8Zn-4Al-0.3Mn-x（y）合金的显微组织均由基体α（Mg）固溶体，白色的三元相（Al2Mg5Zn2）和τ(Mg32（Al，Zn）49)，黑灰色的共晶α（Mg）组成，只是各相的数量发生了变化。并且随着Al5TiB加入量的增加，Mg-8Zn-4Al-0.3Mn-xAl5TiB合金的共晶α（Mg）相数量增加；随着RE加入量的增加，Mg-8Zn-4Al-0.3Mn-yRE合金中晶界上块状或棒状Mg3Al4Zn2RE相从无到有；混合加入0.5％Al5TiB和0.5RE的Mg-8Zn-4Al-0.3Mn-xAl5TiB-yRE合金中则只有较少量的共晶α（Mg）相，而且也没有块状或棒状Mg3Al4Zn2RE相出现。②加入0.5％Al5TiB可显著细化Mg-8Zn-4Al-0.3Mn-xAl5TiB合金的铸态组织，晶粒大小由 礴萝H120一130林m减少到30一40林m;加入1.5%RE也可明显细化Mg一SZn-4AI一0.3Mn一yRE合金的铸态组织，晶粒大小由120一130林m减少到40一50仁m:混合加入0.5%A15TIB和0.5RE也可明显细化Mg一SZn一4AI一0.3Mn一xA15TIB一yRE合金的铸态组织，晶粒大小由120一130娜减少到50一60林m。③加入不同量A15TIB后，Mg一SZn一4AI一o.3Mn一xA15TIB合金晶界上的三元相均呈断续状分布，加入o.swt%A15TIB的合金中三元相的分布比较均匀;加入不同量RE后，Mg一SZn一4AI一0.3Mn一yRE合金晶界上三元相的形态和分布由无变质合金的半连续网状改变为颗粒状，三元相的分布变的弥散而均匀。混合加入0.5%A15TIB和0.SRE后，Mg一szn.4AI一0.3Mn-xA15TIB一yRE合金中三元相己基本上呈断续状分布，有很小一部分三元相变为颗粒状，但是没有出现块状或棒状相，并且各晶粒的尺寸比较均匀一致。④随着A15TIB、RE加入量的增加，Mg一SZn一4AI一o.3Mn一xAl5TiB（一yRE）合金基体的显微硬度呈增加的趋势。A15TIB的加入量为0.5%、1.0%、1.5%时，Mg一SZn一4AI一o.3Mn一xA15TIB合金基体的显微硬度峰值增加量分别达3.7%、8.3%、13.7%;RE加入量为0.5%、1.0%、1.5%时，Mg一SZn一4AI一0.3Mn-yRE合金基体的显微硬度峰值增加量分别达3.7%、12.4%、20.6%;而混合加入0.5%A15TIB和0.SRE的Mg一szn一4AI一0.3Mn一xA15TIB一yRE合金基体的显微硬度峰值增加量达6.9%。⑤A15TIB、RE的加入都促进了Al、zn原子向基体a（Mg）中的扩散。随它们的含量增加，基体a（Mg）中的Al、Zn原子的含量也逐渐增加。⑥A15TIB可以细化Mg一szn一4AI一0.3Mn合金的机理是在合金凝固过程中形成的TIBZ作为a（Mg）晶粒的形核核心，从而有效地细化了合金的组织。RE对Mg一SZn一4AI一0.3Mn合金的变质机理是RE在合金凝固过程中偏聚于晶界，影响Al、Zn元素的偏析，使合金形成缩颈和晶粒繁殖，从而细化和变质a（Mg）晶粒。 热处理研究结果表明:①加入不同量的A15TIB或RE以及混合加入A15TIB和RE的合金经固溶处理后，各试样的基体显微硬度随固溶时间的延长而呈现出先增大而后减小的趋势，在12h时达最大值，并且在12h时的固溶组织比较理想。因此，此种合金的最佳固溶处理制度为:345℃x 12h。②固溶处理后的各合金的基体组织中三元相的形状及分布都发生了较明显的变化:无变质合金的基体组织中半连续网状的三元相减少，并且有一小部分的三元相溶入到基体组织中而使三元相在其中的分布相对比铸态时的要均匀。加入A15TIB和RE以及混合加入A15TIB、RE合金的基体组织中的三?