【摘 要】
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随着全球能源危机以及环境不断恶化,节能环保已是大势所趋。因此制备出轻质高强的结构材料成为了材料发展的重要方向。镁合金具有比强度高,阻尼性能良好,易于回收等特点,并且广泛应用于汽车、航空、3C等领域。然而,受到产品成本以及国家战略稀土资源控制等因素,制备出低成本、不含稀土元素的高强镁合金需求迫切。本文基于Mg-Sn-Ca-Al的成分优化及挤压变形,制备出力学性能优异的低成本变形镁合金,其中反向挤压态
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随着全球能源危机以及环境不断恶化,节能环保已是大势所趋。因此制备出轻质高强的结构材料成为了材料发展的重要方向。镁合金具有比强度高,阻尼性能良好,易于回收等特点,并且广泛应用于汽车、航空、3C等领域。然而,受到产品成本以及国家战略稀土资源控制等因素,制备出低成本、不含稀土元素的高强镁合金需求迫切。本文基于Mg-Sn-Ca-Al的成分优化及挤压变形,制备出力学性能优异的低成本变形镁合金,其中反向挤压态Mg-2.5Sn-2Ca-2Al的抗拉强度UTS（Ultimate Tensile Strength）可达到400 MPa。本文利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）等手段对合金的微观组织进行了系统研究,得到了以下主要研究结果:Mg-2.5Sn-1.5Ca-xAl（x=2,4,9）合金经350℃反向挤压后,均发生了动态再结晶,平均晶粒尺寸为～10 μm,其屈服强度YS（Yield Strength）可达到119～150 MPa,UTS 达到 248～269 MPa。添加 2 wt.%Al 后,TXA312 合金的未再结晶区中形成了少量的有Al、Ca元素偏聚的盘状动态析出相,即Al2Ca相,继续添加Al元素后,Al2Ca相逐渐消失;经时效处理后,TXA312和TXA319合金的抗拉强度分别提高了～46 MPa和～40 MPa,而TXA314合金无明显变化。TEM分析表明,时效态TXA312合金中析出了高密度的纳米级Al2Ca相,而时效态TXA319合金中析出了大量的纳米级Mg17Al12相,因此起到了很好的强化效果。Mg-2.5Sn-3.5Ca-xAl（x=1,5）合金经300℃反向挤压后的晶粒尺寸可细化至～1.8 μm和～1.5 μm,而Mg-2.5Sn-3.5Ca-5Al-0.6Mn合金晶粒可进一步细化至～1.2 μm。三组合金中均存在未再结晶区域,其中均弥散分布着高密度的Al2Ca相;随着Al含量的增加,Al2Ca相间距不断减小而相密度逐渐增大。Mn元素的添加可以诱导出高延展性的（Mg,Al）2Ca相,以复合强化的方式提高强度;同时,Mn元素可促进尺寸更大、密度更高的Al2Ca相析出。因此,三组合金的UTS 分别达到 290 MPa、334 MPa 和 374 MPa。Mg-2.5Sn-2Ca-xAl（x=2,4,9）合金经300℃反向挤压后的晶粒尺寸可分别细化至～1.5 μm、～1.5 μm和～1 μm,同时合金中均存在着部分未再结晶晶粒;TEM分析表明,TXA322合金的未再结晶晶粒中析出了纳米级Al2Ca相,TXA324合金中并未出现,而TXA329合金中析出了纳米级Mg17Al12相。因此,三组合金的UTS分别达到了 400 MPa、340 MPa和360 MPa,延伸率分别为6.2%、5.9%和 12%。
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