论文部分内容阅读
镁合金具有密度小,比强度和比刚度高,良好的阻尼减震性能等优点,在航空航天、电子和汽车制造等行业中具有广阔的应用前景。Mg-Al系合金中的AZ91合金具有优异的铸造工艺性能和耐腐蚀性能,且成本低廉,是目前工业应用最广泛的铸造镁合金。但该合金与铝合金相比弹性模量和强度低,限制了其作为轻质结构材料的应用范围。本文针对AZ91镁合金的上述缺点,以碱土族元素Ca、Ba和Sr为合金化元素,研究了它们对AZ91合金组织和室温力学性能的影响;并通过原位复合技术制备了Mg2Si/AZ91复合材料,研究了Si含量对复合材料性能的影响,探讨了碱土元素和高能超声对Mg2Si增强颗粒的变质效果。研究结果表明:碱土元素对于AZ91合金具有较好的细化效果,加入0.5%Ca+0.2%Ba+0.1%Sr时合金的铸态组织最为细小,抗拉强度比AZ91合金提高了18.8%,伸长率提高了2.4%。添加碱土元素能抑制β相生长,减少共晶组织体积分数,形成的化合物能够钉扎晶界,延迟晶界滑移,使合金的强度和韧性得到提高。在镁液中加入Si可获得自生Mg2Si相增强的镁基复合材料。Si加入量对Mg2Si形态的影响规律为:当Si加入量较少时（≤1.0%）,主要形成汉字状Mg2Si相;当Si加入量中等时（1.5%-2%左右）,形成块状的初生Mg2Si相和汉字状共晶Mg2Si;当Si加入量进一步升高时（≥2.5%）,块状和汉字状的Mg2Si颗粒将会发生团聚。当Si的加入量为2%时,复合材料的抗拉强度与屈服强度最高;继续增加Si的含量,由于Mg2Si相发生团聚,复合材料的性能开始下降。通过对自生Mg2Si/AZ91复合材料的变质研究表明:碱土元素和高能超声对Mg2Si/AZ91复合材料中的增强相Mg2Si有着较明显的变质效果。向复合材料中,加入碱土元素后,Mg2Si相由粗大的树枝状、块状或汉字状变为细小的多角形块状。Ca和Sr都是一种表面活性剂,易吸附在Mg2Si相表面。Sr元素还能进入到Mg2Si相中,改善其形态。当加入1.0%Ca+0.2%Ba+0.1%Sr时,对Mg2Si增强相的细化效果最好。对熔体施加高能超声后,一方面高能超声的空化效应可以改善Si颗粒与镁液的润湿性,促进二者之间的反应;另一方面,利用高能超声的声流效应可以实现Mg2Si颗粒的弥散分布,从而提高复合材料的性能。此外,超声对熔体的除气除渣作用,对于复合材料性能的提高也有较大的作用。研究结果表明,超声作用时间为6min、作用功率为1.2kW时,Mg2Si颗粒的尺寸最为细小,复合材料的抗拉强度σb达到224.3MPa,比未施加超声处理的复合材料的抗拉强度提高了17.9%。