（材料加工工程专业论文）az91镁合金强韧化的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 f7 8 8 2 4 5 a z 9 1 镁合金强韧他的磷究 摘要 镁合金禁有密度夺、院强度和院弼l 凄高、阻尼谶髓好戳及 电磁屏蔽等优点，逡年来成为汽事、计算枧和通讽行敦戆重要轻 质材料。目前应用最广的a z 9 1 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，但这种合鑫的高温力学性能 差，长期的使用温度不能超过1 2 0 。激然具裔良好商温性能的 m g - a i s i 和m g - a i - r e 合金已被牙发基来，但它们熬铸造蛙怒差 或者成本较高限制了其在铸造方面的应用。因此，在a z g l 合金 基础上开发出低成本并且具有高强度和高韧性的新型镁合金显 得越来越重要了。本文戬a z 9 1 为母合金，采用添加a l 一3 c 、 a 1 8 t i 。i c 中闯合金和合金元素s i 翻s i 、c a 、r e 复合徽合 金化以及热处理的方法来强化a z 9 1 合金。 采用金相观察( 0 m ) 、x 射线衍射( x r d ) 、扫描电子显微镜 ( s e m ) 、能量散射光谱( e d s ) 、透射宅子髭徽镜( t e m ) 、硬度、冲 击韧性驭及拉 枣性笺测试等分轿乎段，系统地磺究了添加不鞠含 太原理工大学硕士研究生学能论文 量的a i 。3 c 、a i 8 t i 1 c 中间合金和微量合金元紊以及不同 的燕处理工艺对a z 9 1 台金显微缀织和力学性能昀影响及其作餍 机理。 添加a 1 3 c 和a i 8 t i 一1 c 中间合金细化研究结果表明： 1 ) 加入1 a 1 。3 c 、i a i 8 t i 1 c 中间合金可显著细化a z 9 1 合金的铸态组织，晶粒大小国1 3 0 p a r e 分剐减小莉6 5 9 t m 和4 5 1 a m 。 兰添魏量大予1 时，二者缍化作耀均减小。a 1 8 t i 。i c 巾阉 舍金不仅对基体a m g 有细化作用，而且使离异共晶 3 - m g l 7 a l l 2 相由连续网状转变为断续缀棒状。2 ) a 1 。3 c 和a i ，8 t i 1 c 中间合金可黻：细化a z 9 1 合金的机理分别是a 1 4 c 3 相及a 1 4 c 3 相 帮t i c 鞫懿复合在合金娃- m g 晶粒豹形核核心，麸霖有效逑缁纯 了合金的组织。3 添加1 0 a 1 3 c 和1 0 a 1 8 t i + 1 c 中间 合金细化后台金的冲击韧性值分别比a z 9 1 合金提高了6 0 和 9 0 ，硬度值没有明显变化。 添龆台金元素薪究结果表明：1 ) a z 9 1 合金翔入s i 嚣生成 汉字状m 9 2 s i 相；a i - p 、a 1 一t i c p 和c a 的加入均能使汉字状 m 9 2 s i 相变为细小均匀弥散分布的颗粒状。a 1 - p 变质机理是a l p 单一相作为m 9 2 s i 的异质形核核心和p 以固溶态形式存在m 9 2 s i 颗粒孝羹中改交其形状；瑟a l t icp 变质掇理是a i p 期a 1 m n 复 太原理1 大学硕士研究生学位论文 合相作为m g a s i 的异质形核核心，且t i c 颗粒的存在，使部分 游离态的p 又薰新发挥形核作用。c a 变质机理是c a s i 2 作为 m g a s i 的搏震影核孩，0 。2 ) a 1 一p 变矮看合金撬披强度、矮骚强 度、延伸率和冲击韧性值比a z 9 1 + 0 7 s i 合金分别提高7 5 、 1 3 、5 0 和6 8 ：而a l 。t i c p 分别提高了1 2 9 、2 1 7 、6 6 7 和6 0 1 。3 ) 加入的c a 大部分溶入b - m 9 1 7 a l l 2 稆，提高了 - m g l 7 a l l 2 糖豹熔点大约1 9 。c ；a z 9 1 + 0 7 s i + 0 。2 2 c a 合金基硅 上添加r e 后，感现了钟状化含物a 1 1 1 r e 3 ，晶界的b - m g l 7 a 1 1 2 相形态细化、数量减小；r e 加入量为o 9 时，针状化合物a i l l r e 3 有团聚倾向。4 ) a z 9 1 + 0 7 s i + o 2 2 c a 合金基硪上添加0 9 的r e 眩，合金硬度蕴必6 9 5 ，晓a z 9 1 羁a z 9 1 + 0 7 s i 合金分 别提高了2 0 和7 9 ；添加o 3 r e 时，冲击韧性值ak = 8 0 j e m 2 ， 比a z 9 1 和a z 9 1 + 0 7 s i 合金分别提高了6 0 和5 2 8 。5 ) s i 加入到a z 9 1 合金延长了固溶处理时间，2 8 h 后1 3 一m g l 7 a l l 2 相才 能全帮溶入薹俸中，汉字状m 9 2 s i 鞠形莸基本没鸯变纯。在露效 处理过程中，s i 的加入抑铡了璺一m 9 1 ，a 1 ，2 相的非连续孝厅出，促 进了b m g l 7 a 1 1 2 相细小连续析出。推迟了时效硬化时问，直到 3 6 h 后才达到硬度峰值。 太原理工大学硕士_ i i 开究生学位论文 关键诵：镁合金，中间合鑫，显微组织，变质杭理，力学t 陡能 太原理工大学硼士研究生学位论文 s t u d yo ns t 晒n g t h e n 腻g a n dt o u g 纛套畦n g0 fa z 9 l m a g n e s i u ma l l o y a b s t r a c t m a g n e s i u ma l l o y sh a v et h ea d v a n t a g e so fl i g h t w e i g h t ，h i g h s t r e n g t h w e i g h tr a t i o ，h i g hs t i f f n e s s w e i g h tr a t i o , h i g hd a m p i n g p r o p e r t ya n de l e c t r o m a g n e t i s ms h i e l d i n g ，s oi t w i l la c ta ni m p o r t a n t r o l ei na u t o m o b i l e ，c o m p u t e ra n dc o m m u n i c a t i o na sak i n do fw e i g h t r e d u c i n gm a t e r i a l a z 9 1a l l o yw h i c hi sw i d e l yu s e da tt h ep r e s e n t t i m eh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha s h i g ha m b i e n tt e m p e r a t u r e s t r e n g t h ，g o o dc a s t i n gp r o p e r t ya n dl o wc o s t 。b u ti ti su n s u i t a b l ef o r u s ea tt e m p e r a t u r e sa b o v e12 0d e g r e ed u et oi t sp o o rm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a te l e v a t e d t e m p e r a t u r e a l t h o u g hm g a i s i a n d m g a 1 - r ea l l o y s w e r e d e v e l o p e d f o r a p p l i c a t i o n a te l e v a t e d 太原理工大学硕士研究生学位论文 t e m p e r a t u r e ，t t z e i rl i m i t e dc a s t a b i l i t yo rh i g h e rc o s th a sr e s t r i c t e d t h e i rc a s t i n ga p p l i c a t i o n s t h e r e f o r e ，i ti si m p o r t a n tt od e l o ps o m e n e w m a g n e s i u ma l l o y sw i t hl o wc o s t ，h i g hm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa t r o o ma n de l e v a t e dt e m p e r a t u r ea n dh i g ht o u g h n e s so nt h eb a s i so f a z 9 1a l l o y i nt h i sp a p e r , w eh a v es t u d i e dt h ei n f l u e n t so fa d d i n g v a r i o u sa m o u n to fa 1 3 ca n d a 1 8 t i 一1 c ，m i c r o a l l o y i n g e l e m e n t sa n d c o n d u c t i n g d i f f e r e n th e a tt r e a t m e n t p r o c e s s e s s t r e n g t h e na z 9 1b a s e da l l o y i nm i st h e s i s ，t h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n ta l 一3 ca n d a i 一8 t i 一1 ca d d i t i o n s ，m i c r o a l l o y i n ge l e m e n ta n dd i f f e r e n th e a t t r e a t m e n tt e c h n o l o g i e so nm i c r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o f a z 9 1b a s e da l l o ya r es y s t e m i c a l l ys t u d i e db yu s i n gm e a s u r e m e n t s o fo p t i c a lm i c r o s t r u c t u r e ( o m ) ，x - r a yd i f f f a c t i o n ( x r d ) ，s c a n e l e c t r i cm i c r o s c o p y ( s e m ) ，e n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r o m e t e r ( e d s ) ， t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o e ( t e m ) ，h a r d n e s sa n dt e n s i l et e s t t h er e s u l t so fr e f i n i n ga d d i t i o na i - - 3 ca n da i - - 8 t i * - 1 c m a s t e ra l l o ys h o wt h a t ：1 ) t h em i c r o s t r u c t u r eo fa z 91b a s e da l l o y c a nb er e f i n e d o b v i o u s l yb y t h e a d d i t i o no f1 o a i 一3 c 1 。0 a i 一8 t i 一1 c i t sg r a i ns i z er e s p e c t i v e l yr e d u c e sf r o m13 0 1 a m 太原瑕工大学颁士研究生学位论文 w h i c hi st h eg r a i ns i z ew i t h o u tr e f i n i n gt o6 5p ma n d4 5 u m w h e n a d d i n g c o n t e n te x c e e d s 1 o r e f i n i n g e f f e c ti sn o to b v i o u s a t 一8 t i 一1 cr e f i n e sn o to n l y 程一m gm a t r i x ，b u ta l s od i v o r c e d e u t e c t i c 3 - m g j 7 a 1 1 2 2 ) t h em e c h a n i s mo ft h er e f i n e m e n to fa z 9 1 a l l o yu s i n ga 1 - - 3 ca n da i 8 t i - 1 cm a s t e ra l l o yi sr e s p e c t i v e l y f o r m a t i o n s i n g l ea 1 4 c 3 曲a s e ，c o m p o u n da 1 4 c 3a n dt i cp h a s e w h i c hc a ns e r v ea st h eg r a i nn u c l e is oa st or e f i n em a g n e s i u ma l l o y e f f e c t i v e l yd u r i n gt h es o l i d i f i c a t i o np r o c e s s t h ei m p a c tv a l u eo f a z 91 a l l o yi m p r o v e d6 0 ，9 0 r e s p e c t i v e l yw i t ht h ea d d i t i o no f 1 o a 1 3 c 。1 0 a 1 8 t i 一1 cm a s t e ra l l o y t h eh a r d n e s so f a z 9 1a l l o ya f t e rr e f i n i n gd o e sn o t c h a n g eo b v i o u s l y 。 t h er e s u l t so fr e f i n i n ga d d i t i o na l l o ys h o wt h a t ：1 ) w i t hs i a d d e dt oa z 91 a l l o y ，c h i n e s em 9 2 s ic o m p o u n d sa r ef o r m e da tt h e g r a i nb o u n d a r i e sa n dw i t h i nt h eg r a i n s a i - p ，a 1 一t i c - pa n dc a a d d i t i o na l lp r o m o t e st h ef o r m a t i o no ff i n ep o l y g o n a lt y p em 9 2 s i p a r t i c l e s 。t h em e c h a n i s mo fm o d i f i c a t i o no fm 9 2 s iu s i n ga 1 一pi s t h a ts i n g l ea l ps e r v e sa st h em g z s in u c l e a t i o na n dpa t o m sm o d i f y t h em o r p h o l o g i e so f m 9 2 s i p h a s e ，u s i n ga i t i * c - pi st h a tc o m p o u n d a l pa n da t m np h a s e ss r e v ea st h em 9 2 s in u c l e a t i o n ；a d d i t i o n a l l y , 太原理工大学磷士研究生学位论文 t i cp h a s ei m p r o v e sm o d i f y i n ge f f i c i e n c yo fa 1 - t i - - c - - pm a s t e r a l l o y ；u s i n gc ai sc a s i 2 曲a s es e r v e sa 5t h em 9 2 s in u c l e a t i o n 2 ) t e n s i l e s t r e n g t h ，y i e l ds t r e n g t h ，e l o n g a t i o n a n d i m p a c t v a l u e i m p r o v e d7 5 、1 3 、5 0 a n d6 8 c o m p a r e dt oa z 9 1 + 0 7 s i a l l o ya f t e ra i - pm o d i f i c a t i o n ，a n di m p r o v e d1 2 9 、2 1 7 、6 6 7 a n d6 0 1 a f t e ra i t i c - pm o d i f i c a t i o n 。3 ) m o s to fc ad i s s o l v e s i n t ot h e 1 3 * m g l t a l l 2p h a s e 。w i t hc aa d d i t i o nt h em e l t i n gp o i n to f b - m g l 7 a l l 2i n c r e a s e s1 9 4 c 。w i t hr ea d d e dt o a z 9 1 + 0 。7 s i + o 2 2 c aa l l o y ，r ea r ec o m b i n e dw i t ha 1a n df o r ma i n r e 3 m o r e r ea d d i t i o nc a u s e df u r t h e rd e c r e a s i n go f t h e * m g t 7 a 1 1 2p h a s ea n d c o a r s e n i n go f a l u r e 3 b e c a u s em o r ea 1a t o m sw e r ec o n s u m e db yt h e f o r m a t i o no f a l u r e 3p h a s e ，4 ) a d d i t i o n0 9 r e t o a l l o y , h a r d n e s so fa l l o yi s6 9 5 i m p r o v e d2 0 a n d7 9 c o m p a r e dt ot h a t o f a z 9 1a n da z 9 1 + 0 7 s ia l l o y a d d i t i o n0 3 r et oa l l o y , i m p a c t v a l u eo fa l l o yi s8 0 j c m 。i m p r o v e d6 0 a n d5 2 。8 c o m p a r e dt o t h a to f a z 9 1a n da z 9 1 + 0 7 s ia l l o y 5 ) a d d i t i o ns ip r o l o n g e ds o l i d s o l u t i o nt i m e t h ew h o l eb m g | 7 a l l 2p h a s ed i s s o l v e si n t ot h ea m ga f t e rs o l u t i o n2 8 h t h es ia d d i t i o nt oa z 9 1r e t a r d st h ea g i n g p r o c e s s ，s u p p r e s s e st h ed i s c o n t i n u o u sp r e c i p i t a t i o na n da c c e l e r a t e s t ；i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h ef o r m a t i o no fc o n t i n u o u sp r e c i p i t a t e s t h eo c c u r r e n c eo fap e a k h a r d n e s sw a s d e l a y e d t h ep e a kv a l u eo f h a r d n e s so c c u r su n t i la g i n g 3 6 h k e y w o r d s ：m a g n e s i u ma l l o y , m a s t e ra l l o y , m i c r o s t r u c t u r e ， m o d i f i c a t i o nm e c h a n i s m ，m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 国内外镁合金的研究现状和发展趋势 镁及其台金是最轻的结构材料之，由于镁合金具有优良的导电憔、导 熬性、瘫磁鬓葭蛙箍、毒熬潋疆菠、毖舞l 整、猿震镶、热王王艺牲缝耪荔 回收、有利于环保等特性，因此早已引起航空翼业和汽车工业的注意。后来 由于镬合金辩研究遥澍了困难寝价籍函素等闯题，健镁合金褥瓣懿繇发停 滞不前。进入2 0 世纪9 0 年代中期，由予环境和能源问题越来越突出，减轻汽 车重鬃和节约能源是汽车厂家的共同茸标，戮此叉羹新映超入们对镁的重 视。邋每来，镁会金及其成型技术的磷究和应用获褥麓大进展，镁合金的材 料质爨不断掇高而生产成本不断下降，因此镁合金的研究与开发成为近年 来金矮零孝辩领域静热燕。 1 1 1 镁合翕的研究开发概况 镁舍金的褫究和蔽雳至令有一嚣多年静雳史。旱程二茂溺淘，镁会金懿 研究与应用就获得了较大发照，镁制品主要用于军枣目的，大多用在飞机 上。二战结束后，在民篇工韭上开始开发和应孀镁合禽，此时镁的用蘩更多 受制予市场价揍，但战争期间所积累鸯关镁的生产与设计知识成为人们开 发和利用镁合金的巨大财富。1 9 3 6 年德国大众公司r 丌始在“甲壳虫”系列 汽车兹鼹轴禧、发动投铸凌系绫零郝馋中大量蠖薅镁台会，到1 9 4 6 年“甲轰 虫”单车镁合禽用量达1 8 k g ，更是掀起了“镁时代”的热潮。美圈在1 9 4 8 - 1 9 6 2 年瑁熬室压铸橇生产浅车瘸屡铸传达数吾万件，使镁王韭凄瑷了连续发震 势头。2 0 世纪7 0 年代中期，出于价格不稳定、成型困难和耐腐蚀性能低等方 面的联因，认为镁压铸件不可能成为未来汽车的最好选择，再加上铝合余酶 太原理工大学硕士研究生学位论文 飞速发展，使得镁的威用和发展停止不前。2 0 世纪8 0 年代，镁台金材料开发 蔽撂长蹩进步，骚究入昃发璎f e 、n i 、c u 等杂蒺元素以及f o 与m n 躲毙铡 对镁合金耐腐蚀性的影响非常大，从而开发了商纯度的新代压铸钱合金 a z 9 1 d 等，馥舞与冷室压铸视糟遥配酌镁台龛熔炼技术舜莶成熟与发袋。近 年来，幽于世界各国对汽车能源消耗、废气污染、噪酱限制的进一步升级， 汽车擗放c 0 2 所造成的污染占大气污染6 0 7 0 ，汽车重量每降低t 0 0 k g ， i 建耗掇减少0 ，7 l 。出予镁合鑫敞轻重爨、提籀燃浊测用率、鼹低成零、提 高汽苹安全健以及价格稳定，非常适合汽车行业的特点，因此镁合金臌用于 汽车行遭其骞荧好戆 ； f 象。遴入2 0 氆鳃9 0 年代以来，戮夕 吾大汽车公囊秀发 了镁念盒零件。目前在汽车彳亍业中，镁合金材料主要威用于车内部件、发动 机部 串、传动系统部 串等，萁使稻或琵在开发翡铸锌鸯：纹表掇雷粲、湄壳、 齿轮箱、座椅骨架、转向盘、变速箱先体、离合器外毙、缸羲、进气歧管、 车轮、车门框架、前灯支承托架、制渤离含器踏掇托架、驾驶秆蒋凡十 静产a t “”。1 9 9 3 年，在美国能源部的支持下，幽底特臻的疆特、通用秽克来 斯勒三大汽车集团联裔制订了“p n g v ”计划，该计划使得美国近年来汽车 工韭藏为镁会愈壤长袋块豹弦照。在敬懑，1 9 9 6 年鏊瓣摧交了“m a d i c a ” 计划，也极大推动了镁在汽车，t 的应用，镁合垒用量由计划开始的3 6 0 0 t 增加 n 2 5 0 0 0 t 。获2 0 鎏纪年代开始，孛因、独袋侮运家等翡镁琢瓣开始遴军嚣 际市场。目前镁合金应用发展势头最大的国家和地区是：北美、欧洲、日本、 韩国和中国台湾地区。在托美、欧淞，镁合金主要应粥领域怒汽车符曛：在 亚洲，s o n y 公司在1 9 9 6 年首次使用镁合金制造v a i o 笔记本电脑，其高度为 2 3 9 r a m ，重缀为1 3 5 k g 。近年来，亚洲各国普遍侧重于镁合众在3 c 炎产品 上麴应趱f 4 。6 l 。除压铸镁舍金竣大量疲援予交通工其、3 c 类产箍於，变形镁 合金也开始受到各国熏视，并随着镁台余连接和表面处理技术的不断完善， 使之在交逶工獒、3 e 裳产箍上被应弱，渚懿摩耗车、爨行车、残疾夫麓车、 太原理工大学硕士研究生学位论文 手提行李车以及一终体育和生活工其中的应用也越来越显示出美好的前 景。我国具鸯丰富的镁资源，原镁产旋、产蹩和出翻均居谶暴首位。在镁 和镁台金的研究和应用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大。 一方嚣，我潮豹霖镁矮量差，镁台龛锭豹袋量也不惩妇入豢，葛墨缺乏竞 争力，作为结构材料应用的镁在国内的消耗量又很少，只熊作为初级原料 低输出日，耩典鍪静源出口藉工韭。茸蓠，国内的镬冶金念监大帮楚子亏 损或馘临倒闭；另一方面，我国对镁合金的研究和威用更盛薄弱。因此， 如何利用我豳的镁资源优势，将镁的资源优势转变为技术、经济优势，促 进重涎经济发展、增强我国镁行业的冒际竞争力，是摆在我们面煎的迫切 任务。如何不断开发新品种，进一步提高镁材料性能，降低成本和提高性 徐磁毫成荛囊今鏊器镁韭器共凌关，戆翊透。 1 1 2 新型镁合金材料的开发 1 ) 嵩强高翻镁舍金 现有镁会金的常温强度和塑韧性均有待进一步摁高。在m g z n 翻m g y 合金中加入c a 、z r 可显著细化晶粒f 7 j ，提高其抗拉强度和屈服强度：加入 a g 和下h 能够提高m g - r e - z r 会金的力学性能，如含a g 的q e 2 2 a 合金舆有高 室温拉伸性能和抗蠕变性能，已广泛用作飞机、导弹的优质铸件；通过快 速凝强粉素飧金、裹掺匿毖及等通邀爱按匿( e c a e 等方法，可搜镁合金 的晶粒处理褥很细，从而获得高强度、高塑性甚至趣塑性。 2 ) 瓣热镶念金 耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时它的强 度和抗蠕交住能大幅度下降，使它赡鞋作为关键零件( 如黢动机零件) 毒季 料在汽车等工业中得到更广泛的应用。 已开发的耐热镁合金中所采用的合会元索主要裔稀土元索( r e ) 和硅 元素( s i ) 8 - 9 。秘是曩寒提高镁含会射热性能熬鬟要元素。含臻主豹镁 太原理工大学硕士研究生学位论文 合金q e 2 2 和w e 5 4 其有与铝台金祸当的高温强度，但是稀土合金的高成 本是葵被广泛痘弱的一步疆鼹。 m g a 1 s i ( a s ) 系台金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金加l 。1 7 5 c 嚣，a s 4 1 合衾懿添交强度甓驻离子a z g l 移a m 6 0 合金。毽是，a s 系镁 合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状m 9 2 s i 相，损害了铸造性能和 机械链能。研究发现，微量c a 的添加能够改藩汉字羧m 9 2 s i 稻的形态，缓 化m 9 2 s i 颗糙，握赢a s 系列镁合金的组织酾性能。 从2 0 世纪8 0 年代以来，国外致力于利用c a 来键高镁含金的高温抗拉 强度秘孀交搜能l “j 。鼗近美燃开发的z a c 8 5 0 6 ( m g + 8 z n 5 a 1 。0 。6 c a ) ，以及 加拿大研究的m g 5 a i 一0 8 c a 等镁合禽，其抗搬强度和蠕变性能都较好。2 0 0 1 年，爨零东慧大学势上耱久等采用快遴凝霾法臻l 残懿凝有1 0 0 2 0 0 n m 嚣粒 尺寸的高强镁合金m g 2 a t y - l a t z n ，其强度为超缴铝合众的3 倍，还具 有超黧佳、离辩蒸往籀高耐滚往。 3 ) 耐蚀镁合盒 镁合金的耐蚀性阏题可通过两个方面来解决：( a ) 严格限锘镁合众中的 f e 、c u 、n i 等杂质元素豹会爨。例如，高纯a z 9 1 h p 镁合金在盐雾试验中 的耐蚀性大约是a z 9 1 的1 0 0 倍，超过了压铸铝合金a 3 8 0 ，比低碳钢还好 褥多。( b ) 对镁台金遴嚣表嚣懿毽。投据不嗣黪瓣蚀瞧要求，霹选择化学表 面处理、阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。 饲妇，经纯学镀静镁合金，箕瓣蚀鹱越遂了不锈镧。 4 ) 隰燃镁合众 镁合金在熔炼浇铸过程中容易袋生崩烈的氧化燃烧。实践证嚼，熔裁 操护法和s 民、s 0 2 、c 0 2 、a r 等气体保护法是于亍之蠢效的嫩燃方法，但它 们在应用中会产生严煎的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。 篷镁中加钙麓够大大提高镁滚热撬氯纯燃烧缝力，缴是出予添鸯霾大爨钙会 太原理工大学硕士研究生学位论文 严重恶化镁台金的机械性能，使这一方法无法应用于生产实践。铍可以阻 壹镁台金遴一步氧稼，堡是镀含量i 窭褰对，会弓| 起骚粒粗纯帮增大热裂颓 向。 簸近，上海交逶大学轻合金精密残鳌国家工程磷究中，逶过露瓣热入 几种凭素，开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁台金， 成功蟾迸行了轿车变速箱壳蘸的工啦试验，并生产出了手机壳体、m p 3 壳 体等电子产熙辨壳。 5 ) 鼗形镁合金 疆然髫菰铸造镁会金产熬翅量大予变形镁舍金，毽经变形豹镁台金材 料可获得更满的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不 同场仑结誊奄释翡使嗣要求。鞫魏，开发变形合金，怒其未来菱长远鹣发震 趋势。 新型交形镁合龛及其成黧工艺的拜发，邕受到鬻内外稽瓣工律者的高 度重视。美翻成功研制了各神系列的变形镁合金产龆，如通过挤压+ 热处 理后的z k 6 0 高强变形镁含金，其强度及断裂韧性可相当于时效状态的 a 1 7 0 7 5 或a 1 7 4 7 5 合众，两聚蠲快速凝固( 技s ) + 粉末冶金( p m ) + 热挤 压工糍开发的m g a i ，z n 系e a 5 5 r s 变形镁合金，成为迄今报道的性能最佳 豹镁会金，冀蛙能不键太大越过霞援镁合金，毙强度甚至超避7 0 7 5 镄合金， 且具有超塑一陛( 3 0 0 - c ，4 3 6 ) ，腐蚀速率与2 0 2 4 - t 6 铝合禽相当，还可同 时热入s i c 。等墙强耱，成为先进镁合会榜辩静典范。邂奉t 9 9 9 年开发出超 高强度的i mm g y 系变形镁合金材料，以及可以冷压加工的镁合金板材。 英国开发出m g a i b 挤压镁合金，厢子m a g n o x 核反应堆燃料罐。良色瓢 最近也研剞如角于靛天飞行器上的效具伍良力学性熊和耐蚀性能豹变形镁 合金，法国和俄罗斯开发了敷雷动力源变形镁合金阳搬薄板材料。 2 镁合金的强翱亿赣究 太原理工大学硕士研究生学位论文 镁合金密摊六方的晶体结构决定了其塑。陡变形能力差，如何解决这一 润孥是镁合会寝焉曲关键之一。大量麴研究豪磅，基靛细化秘合金他黠镁 合金的组织和性能有最著影响。通过控制晶粒细化剂和合金元素的种类和 数量，充分发撵鑫粒象 乏翁窝台金元豢豹接翅是器秘工痒者不缮努力瓣嚣 标，也是当前镁合金研究的主鼹方向之。 1 2 缁纯品较 细化组织可以提高材料在塞温下的强度、塑性和铆性，怒金属材料常 用的强韧化方法之一。细化组织，对单相合垒是指晶粒细化，对多相合金 是指基体糖晶粳豹细化及过剩襁的细他。晶敉越缨，单位体积内的晶界嚣 积就越大，对位错运动的阻力也越大因而合金的强度越高。 零耀懿镁会金缨豫芝艺一簸霹分兔翅静：滚态野攘入吝耱爨粒缨纯刻 或借助外部能缴使枝晶破碎，从而细化铸造缀织；半蹰态成形技术细化晶 粒；铸锭交形簸毽，鲡等通道角挤压( e c a e ) 帮丈魄攀挤压等维纯交彩缢 织：铸造粉末冶金成形工艺。 1 2 。l 。l 液态成形工艺 a ) 添加z r _ 手l l 含c 的品粒细化剂 z r 在渡态镁孛豹滚艇疫缀小，发黛包晶反应时镁渡中仅裁溶癣终o 6 z r ( 质量百分比) ，z r 和m g 不形成化合物，凝固时z r 首先以o - z r 质点的形式 析密，g m g 包谯d z r 壤点卦鄢澎藏叙器缓织。d - z r 秘m g 垮为六方晶篷， 两者的晶格常数很接近( m g 的品格常数为a = 0 3 2 0 r u n ，c = 0 ，5 2 0 n m ：a - z r 的 豁格常数为a = 0 + 3 2 3 n m ，c = 0 5 1 4 n m ) f 堙l 。z r 符合作为晶粒形核核，t b 的“尺 寸结构楣匹配”原则，所以a z r 能成为a m g 的结晶核，t b 。当j j l l a 的z r 古量 大于0 6 时，镁液中形成的大量a z r 弥散质点使晶粒艇著细化。此外，溶 予基搭中豹z f 述起到一定豹强化作矮，数醚羞z r 含量约增搬，会金的力学性 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 能也不断提高。添加含z r 的晶粒细化剂时，z r 的加入量不可能很大，当温度 达到9 0 0 嚣尊镁渡中仅能溶解0 ，7 z r 。虫予z r _ 程a l 易形成稳定的亿合物 ( a 1 3 z r ) ，而a 1 3 z r 晶体结构为体心正方趔，晶格常数( a = 4 3 1 5 n m ，c = i 8 。9 3 r i m ) 吲与酝g 穰麓缀大，嚣显形成a 1 3 z f 将造成会金中a l 莘瑟z f 懿搂失，嚣 以m g a i 系念金中不能用z r 细化晶粒。 对于m g * a 1 系合金较成功的晶粒细佬工艺楚磙缓孕育浚，其舔遴是镁 液中的碳化物( m g c 0 3 或c z c l 6 等) 在高温下分船并发生下列反应：m g c 0 3 一 m g o + c 0 2 和2 m g + c 0 2 2 m g o + c 。新生的c 原子与a l 化合( 3 c + 4 a l a 1 4 c 3 ) 形成大量弥数豹a i t c 3 质点，a l 。c ，是岗熔点麓稳定投让会物，其在镁液孛以 固态质点形式存在，a 1 4 c 3 与a m g 均为六方晶系，两者晶格常数相近。根据 金嚣结晶覆璞，品掺鬻数疆懿度，l 、予9 辞霹藏秀鼓攘，敖a h c 3 是m g 愿子 良好的非均质晶核，阂而大嫩弥散的a 1 4 c 3 晶核使m g 晶粒细化。碳质孕育后 的合衾若迅速搅择或短跨升溢至8 0 0 再浚速冷 帮翔浇注漱度赠可戳使含 金液中的a 1 4 c 3 质点熙加弥散分布，从而使晶粒进一步细化。 b ) 过热处理 过热处理是浇注翦将熔体湿度转离并保澡一段孵问后孬降温至浇注温 度进行浇注的工艺过程。过热处理对m g a i 系合金肖明显的细化作用。将 a z 9 1 e 舍金避热处毽( 8 5 0 4 c - 髓1 5 m i 蝎嚣以2 、5 ，s 浆速度冷龆，经6 0 0 4 c 镯 型淬火得的试样与未过热处理的6 0 0 。c 铜型淬火试样相比，过热处理后的试 稃中潞粒鳃最终证，整形成淤“努寒彩屡”为孛心翁秘棱磊，嚣来遥热处理 的试样中的“外来物质”并求生成树枝晶。能谱分析表明，该“外柬物质” 由a i 、c 和o 或由a i 、c 、m n 、s i 和0 缀成口“，其中a z 9 1 e 合衾中m n 和s i 憋杂质元素，据此推测过热处理过程中形成了a l c 3 或a i c o 化合物 ( a i c o 中的o 可能是磨试样过程中与水反应而引入的，其威应式 巍：a 1 4 c 3 + 1 2 h 2 0 = 3 c 4 a 1 ( o h ) 3 ”。过热处理对m g a i 鬈会会的缨化机 太原理工大学硕士研究生学位论文 理是在过燕处理过程牛生成_ 大量w 戬作为滩均质结晶的晶核，从而增多 了晶载的形拨数量，缨化了晶粒组织。过热处理虽然可以细化晶粒，但是由 亍熔体温度的升高馒氧化和吸气现象更加严重，而且由于杂质和熔体合金 豹密发鹭藏小，不裂予杂震懿分褰，发嚣簿羝了铸锭缓量。 1 2 1 2 半固态成形工艺 半强态藏澎是一种新型静煞加工工艺。窀是将露辩麓熬翻霾液稽线之 间的温度，然后将其压入型胶中使之成形。半固态成形工艺能产生细小的 微观结构，减少微观收缩，使铸件其有较高的方向髋，是一种优良豹铸造 工艺。在半固态威形兹要对试样进纷定量的压缩变形，以免在变形时玎 裂。对m g z n a i c a 含金的研究发现：当试样被加热到半固态成形的溆度时， 由予瓣试撵熬蘧缨交彤，搜雩嚣a - m g 发生霉缝磊，虽c t - m g 与共晶健会秘阑 的界丽发生溶解。因此，再结晶晶粒边界处的a m g 破碎成几乎为球形的微 ，j 、鬏裁。随羲z n 和a l 含量懿增掘，菸箍纯会耪m g l 2 ( a l ，z n ) 4 9 帮m g z n 豹数 量增加，固态颗粒平均尺寸减少，最小可达3 7 9 m 这使得半固态成形工艺成 为一种有效的晶粒缅化手段。 1 2 。1 3 固态成形工装 通过对镬合金铸锭进行质续的变形处理也可以缎化其晶粒组织，该工 艺主要包括等通道角捺压( e c a e ) 程大毙率揍压等王芑。 a ) 等通道角挤压( e c a e ) 等逶遂爨辚垂( e c a e ) 凳一拜类钕予橇械舍会纯戆秘城混合方法，是 一种可以使传统的铸锭等冶搬材料均质化、细晶化的新技术。该技术的优 点为鲶理的琢瓣不是粉末丽麓铸锭降低了生产成本。出予挤压时琢籽旋 转9 0 ，将产生很大的切变，皿岛粒很快转变为系列大角度晶界，从耐获得 微细的晶粒组织。在1 6 0 2 2 0 条件下，应用簿通道角挤压( e c a e ) 方法对 a z 3 l 镁合金铸锭耪压4 次后可蒺缛尺寸为0 j 3 拉m 的晶歉，该方法的细 太原理工大学硪士研究生学位论文 化效果非常明显。傻是，等通道角挤压( e c a e ) 方法还处在试验研究阶段， 并来广泛应麓。 b ) 大比率挤压 与善逶懿挤基坎较不嚣戆是：大毙率按鹾王艺大大提衮了耪蓬魄( 遂露 为1 0 0 ：1 ) 1 6 1 。在热挤压过程中，由于挤压比很大，晶粒被 悫长以至断裂成 微小筋颗粒，晶粒之闻的稻嚣摩擦期速了破碎过程，而且弥敬分布漪第二 相质点阻碍龆粒的长大，从筒获得绷小的鼹粒。将a z 3 1 镁合金铸锭在3 5 0 条件下按1 0 0 ：l 的挤压比遴行大比率挤压时，其晶粒尺寸融1 5 t t m 减小到 5 l m 。烬z k 6 0 镁合衾铸锭在3 1 0 c 条 孛下按t 0 0 ：l 的按压 e 避孬大比率按压 时，其晶粒尺寸为2 8 9 m “6 1 。可见，大比率挤压工蔑的晶粒细化效果很明显 霹露态镁合金铸锭滋行嚣续瓣交形簸理氇霹疆缨强茭晶鞋缀织。丈魄率按 压工艺对设铸的要求较高，难以实现大规模嫩产。 1 2 。l 。4 耪涞成形工乞 由于快速凝固时的冷却速度很大，因而可获得细小冉勺粉末晶粒。将粉末晶 粒除气和热压固结藤，再经s l $ i 挤压和锻造等耪米冶金成形工艺便可戳 得到细晶材料。对a z 9 1 和z k 6 0 快速凝固镁会金粉末进行粉柬冶金成形处理 后可获得尺寸约为l g m 的细晶组织，且粉末冶金成形的镁合金在应变速率 燕o 1 s 兹拉 枣试验中表理窭超塑性。峦于蚨速凝曩粉寒孛嚣数分京蕊缨小 氧化物阻碍高温时晶粒的长大，因此粉末冶盒成形工艺是一种获得细晶组 织静蠢效方法。毽懿，已经畜入稠瘸镁合金辊凝工碎祷经粉末冶金成彩熬方 法来制取镁台金产品。最新的研究结果表明：在2 5 0 。c 条件下对z k 6 1 镁 台金快速凝灏粉末进行热挤躐可获褥舞粒尺寸约为0 5 p m 的镪晶组织，该镁 合金在2 0 0 。c i j 寸应变速率为1 0 ”s 的摭仲试验中表现出超塑性。 1 2 2 合金化 1 ) 锻元素 q 太缀毽工夫学硬i ：骚究生学位论文 铝元素可显著提高镁含金的室温强度，尤其是麟服强度。在m g a i 系合 会中，合金的斌服强度髓锓含量的增加两提高( 直至) 1 。研究表盟，铝 含量不超过6 对，矮骚强爱随锾窘羹黪提高两撵蕊：含量6 露，m 争a l 合 会达到最饯强度与塑性的酉己合。铝元索有着较强的固溶强化作用，对m g a i 台金的单晶体磺究表明，镪元素在强化基葱的同对，也对棱面熬弱他的作 箱。西露綦瓣淆移与棱磷淆移静瞌界分切应力( c r s s ) 在一定