Mg-xZn-yCu镁合金及其半固态组织与性能的研究

【摘要】20世纪70年代随着世界范围内石油危机的加剧,镁合金由于质轻、比强度高等特点越来越受到重视,而Mg-Zn-Cu合金就是20世纪80年代在研究耐热镁合金的基础上发展起来的,而研究主要集中在时效组织与合金相方面,且相关报道有限,目前已成熟应用的ZC合金牌号有ZC62.ZC63和ZC71。本课题以Mg-Zn系二元合金为基础,采用金属型铸造方法制备Mg-xZn-yCu(x=3,6,9；y=0,1,3,5)合金,分析研究添加不同含量的Zn、Cu元素后Mg-xZn-yCu(x=3,6,9；y=0,1,3,5)合金铸态和热处理后的显微组织和力学性能的变化规律,以及探讨最佳Zn/Cu配比下的半固态非枝晶组织的演变,以期为Mg-Zn-Cu合金的进一步开发利用研究提供理论依据。实验结果表明,Zn/Cu配比影响Mg-xZn-yCu合金共晶相颗粒的形态、数量、大小以及分布,Mg-xZn二元合金的显微组织主要由a-Mg基体和MgZn共晶相组成,随着Zn含量的增加,初级共晶相逐渐由颗粒状转变为白色条状；添加适量Cu含量后,显微组织由颗粒状逐渐转变为断续、连续网状；固溶处理后,Mg-9Zn-yCu合金的共晶组织发生明显变化,大多呈现半连续状,共晶第二相大部分溶解；经时效处理后,出现明显晶界以及大量的析出相,随着时效温度的升高,晶界上析出相颗粒尺寸和间距变大,表现为晶界的析出；高Zn(9wt.%)或高Cu(5wt.%)均可细化晶粒组织,而高Zn(9wt.%)且高Cu(5wt.%)下晶粒更加弥散细小。研究合金铸态和热处理后的力学性能可知,铸态下,不添加Cu时,Mg-6Zn合金抗拉强度/延伸率最高,为221MPa/19.6%,而添加Cu后,Mg-9Zn-Cu和Mg-9Zn-3Cu的抗拉强度/延伸率分别达到213MPa/10.7%和225MPa/11.1%.固溶时效后,随着Zn含量的增加,Mg-xZn合金抗拉强度均呈增加趋势,延伸率却逐渐下降,当Zn含量为9%时,其抗拉强度达到254MPa,延伸率仅有7.25%；分别添加不同含量(1%,3%,5%)的Cu后,在160℃时效20h后的抗拉强度逐渐下降,延伸率逐渐上升,分别为299MPa/12.1%.288MPa/16.5%和262MPa/16.6%.而其热处理前后Mg-xZn-yCu合金抗拉强度和延伸率的变化,受到不同程度的解理断裂和沿晶断裂两种断裂方式的影响。结合合金力学性能的分析,选择研究Mg-9Zn-yCu(y=1%,3%)下的半固态组织,在不同等温温度和等温时间下合金由铸态枝晶组织逐渐向球状颗粒转变；等温温度主要影响合金液相组织的含量,等温时间对固相颗粒的形貌和颗粒大小有很大的影响；可以确定,Mg-9Zn-Cu合金的半固态等温处理的最佳工艺参数为610℃+保温15min,其颗粒平均尺寸、形状因子和固相率分别为37.53gm、1.65和48.44%；Mg-9Zn-3Cu合金的半固态等温处理的最佳工艺参数为600℃+保温15min,其颗粒平均尺寸、形状因子和固相率分别为41.87pm、1.41和42.86%,可以为后续提供合适的触变性半固态浆料以进行半固态加工。
【作者】李兴鹏；
【导师】黄晓锋；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】镁合金；热处理；力学性能；半固态组织；

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