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镁合金具有密度小,电子屏蔽能力强,阻尼减震性能好,机械加工方便,使其在汽车、电子、航空等领域获得了越来越广泛的应用。但镁合金的应用远不及其它主要金属材料,造成这种现状的主要原因在于镁合金材料自身的强度低、脆性大、耐蚀性差和高温性能差等原因。
因此,通过晶粒细化的方法,积极探索改善镁合金的力学性能和成形性能的途径,对于推动镁合金材料的应用并发挥其性能优势具有重要意义。
Al4C3是高熔点陶瓷相,在镁合金熔体中具有良好的热稳定性,其晶体结构与α-Mg相同,而且两者的晶格常数相近,是α-Mg的良好异质晶核。
采用Al4C3颗粒作为镁合金晶粒细化剂可有效解决传统碳质孕育法中直接加入含碳物质所带来的问题,如石墨颗粒难以润湿、MgCO3引入杂质、C2Cl6污染环境等等。另外,这些含碳物质的加入难以定量分析合金中Al4C3颗粒的含量。因此,Al4C3作为镁及镁合金晶粒细化剂极具优势。
本文以目前应用广泛的AM60A合金为研究对象,单独添加Al4C3颗粒和复合添加Al4C3和Ce、Ca、Sr,研究其对AM60A合金显微组织细化作用及对力学性能和腐蚀性能的影响,并探讨其机理。
通过研究结果表明:AM60A镁合金的铸态组织由初生相α-Mg和第二相β-Mg17Al12组成,分布在晶界处β-Mg17Al12相的形态主要有骨骼状、块状、颗粒状和片层状等形态。
单独添加Al4C3及复合添加Al4C3和Ce、Ca、Sr均能细化镁合金组织,使α-Mg基体相细化、β-Mg17Al12第二相细小、均匀,力学性能和腐蚀性能提高。在本试验条件下,单独加入0.5wt%Al4C3,合金晶粒尺寸为75μm;当Al4C3含量为0.5wt%,Ce、Ca、Sr的含量分别为0.2wt%、0.05wt%、0.1wt%时,晶粒尺寸分别为62μm、46μm、41μm,晶粒细化效果更好,都大大小于基体合金晶粒尺寸300μm。
在T6条件下,随着Al4C3和Ce、Ca、Sr的添加,AM60A合金抗拉强度明显提高,添加0.5%Al4C3、0.5%Al4C3-0.2%Ce、0.5%Al4C3--0.05%Ca、0.5%Al4C3-0.1%Sr时,强度分别为193.37MPa、200.14MPa、206.2MPa、217.04MPa,都远远大于基体合金的158.5MPa,但延伸率仍然较低。添加0.5%Al4C3、0.5%Al4C3-0.2Ce、0.5%Al4C3-0.05%Ca、0.5%Al4C3-0.1Sr时,腐蚀速率为7.8004mm/a、3.1902mm/a、9.9129mm/a、11.0636mm/a,都显著小于基体合金22.7822mm/a。