论文部分内容阅读
本文综述了镁合金的应用历史和研究现状,对耐热镁合金的研究进展和发展方向作了较为全面的讨论。在此基础上,为了从理论上探讨Ca和Si提高镁合金耐热性能的机制,本文以Mg-Ca、Mg-Ca-Si合金为研究对象,利用金相显微镜、X射线分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和力学性能试验机等仪器对合金的显微组织形态和特征及其对力学性能的影响作了较为全面的分析与讨论,对合金中显微组织的晶体学特征作了较为深入的分析与探讨。Mg-Ca合金中,当含Ca量较低时,铸态组织由Mg基体和晶界处的少量离异共晶相Mg2Ca组成;当含Ca量较高时,铸态组织由Mg基体和沿晶界分布的以离异共晶机制生成的共晶体(Mg+Mg2Ca)组成。铸态下合金中的离异共晶组织是非平衡凝固的产物,其组织是不稳定的,因而固溶时效后,合金的晶界处只剩下颗粒状的Mg2Ca。Mg-Ca-Si合金中,当含Si量较低时,铸态组织由Mg基体和CaMgSi相组成,其中CaMgSi以离散块状、微细点状以及针状三种形态存在;当含Si量较高时,显微组织中除Mg基体和三种形态的CaMgSi相外,出现了“汉字形”Mg2Si相。固溶时效后,Mg-Ca-Si合金的显微组织改变不大,但点状相和针状相有粗化的倾向。Mg-Ca-Si合金中不同形态的CaMgSi和Mg2Si是三元共晶转变过程中不同阶段的产物,离散块状CaMgSi是先共晶的产物,点状CaMgSi是变温三相共晶转变的产物,而针状CaMgSi和Mg2Si都是四相平衡共晶转变的产物。对合金的力学性能分析表明,铸态下Mg-Ca合金的常温拉伸性能不高,且随含Ca量增加,抗拉强度和延伸率同时下降;固溶时效后,合金的常温拉伸性能得到了显著提高,但随含Ca量增加,抗拉强度和延伸率同时下降的趋势不变;固溶时效后200℃短时拉伸时,合金仍然具有较好的强度,且随含Ca量的增加其抗拉强度和屈服强度同时增加,但延伸率仍然随含Ca量的增加而下降。铸态下Mg-Ca-Si合金的常温拉伸性能与Mg-Ca合金比较,当含Si量较低时,要优于Mg-Ca合金,但当含Si量较高时,则与Mg-Ca合金的性能很接近;固溶时效后,Mg-Ca-Si合金中含Si量较低的合金性能变化不大,但含Si量较高的合金的性能得到增加,与含Si量较低的Mg-Ca-Si合金性能接近。对合金的断口分析表明,铸态下Mg-Ca合金的断口呈现明显的沿晶断裂特征;固溶时效后,当Ca含量较低时,其断口为解理断裂与沿晶断裂相结合,但含Ca量较高时,断口特征仍然是沿晶断裂;对于Mg-Ca-Si合金来说,其断口基本上都是由无数解理面构成的解理断裂。在大量透射电子显微分析的基础上,用矩阵计算的方法对Mg基体和Mg2Si之间是否存在位向关系作了较为深入的分析,结果表明,Mg2Si和Mg基体之间可能并不存在确定的位向关系,但两者之间的取向也不是随意的,其中Mg基体中的(0001)面总是平行于Mg2Si中的某些低指数晶面,由于这些低指数晶面并不一定属于相同的晶面族,Mg2Si与Mg基体之间也就没有确定的位向关系。对Mg2Si和Mg基体之间的晶体学特征的形成机理作了初步的探讨。对Mg-Ca-Si合金中块状CaMgSi相中的孪晶分析表明,块状CaMgSi中存在二种不同形式的孪晶,即以(102)面为孪晶面的孪晶和以(011)面为孪晶面的孪晶,除了这二种孪晶外,还存在一种绕[100]轴旋转一定角度而得到的畴结构。观察到的孪晶中绝大部分是以(102)面为孪晶面的孪晶。以(102)面为孪晶面的孪晶的孪生元素是:孪晶面为(102),孪生方向为_[201]。第二不畸变面有可能是(302_),也有可能是(201_)。当第二不畸变面是(302_)时,η2为[203];当第二不畸变面是(201_)时,η2为[102]。以(011)面为孪晶面的孪晶的孪生元素是:孪晶面为(011),孪生方向为[011_]。以(102)面为孪晶面的孪晶中,除了比较常见的二重孪晶外,还存在相当多的三重孪晶,对三重孪晶的形貌和晶体学特征也作了较为详细的讨论。