高强度铸造镁合金的研究

【摘要】： 铸造镁合金占镁合金应用总量的80％，可以广泛应用在汽车、3C电子等民用行业，以及航空航天与军事武器等高技术领域。因此提高铸造镁合金的强度无论在镁合金的强化理论上，还是工程应用上，都具有重要的意义。本文采用铜模浇铸法，制备出直径3mm不同合金成分的Mg合金，采用扫描电镜和万能材料实验机对样品的组织形貌、断口形貌和力学性能进行了研究。主要实验结果如下： 以合金元素总含量10%为设计原则，设计了Mg_(90)Cu_3Sn_7、Mg_(90)Cu_5Sn_5和Mg_(90)Cu_7Sn_3铸造合金，其中Mg_(90)Cu_2Sn_7具有优越的力学性能，其屈服强度、断裂强度和塑性应变分别为300MPa、464MP和11％。以强化元素综合作用为设计原则，制备了Mg_(85)Cu_5Sn_1Ca_4Y_5合金，其屈服强度、断裂强度和应变量分别为300MPa、550MPa和9.7％。而将Y改为Zn设计的Mg_(85)Cu_5Sn_1Zn_5Ca_4合金的断裂强度和塑性应变分别只有300MPa和3.8％。上述合金成分的研究结果表明，合金元素Cu不能大于5％，强化元素Ca和Y可提高合金断裂强度，但不一定提高合金的屈服强度，Zn在上述合金成分中应尽量减少。 在Mg-x％Sn-3％Nd(x=5，6，7)合金中，Sn含量增加，恶化了合金的力学性能。其中Mg-5％Sn-3％Nd合金的力学性能最优，其断裂强度和塑性应变分别为358MPa和25％。结合Mg-5％Sn-7％Nd和Mg-7％Sn-5％Nd合金的力学性能研究，Nd的强韧化效果大于Sn。当同时采用Ca和Zn代替Y时，合金的力学性能显著降低。 采用增大合金元素含量的方法，设计了Mg_(80)Zn_(16-x)Ca_4Al_x(x=2，4，6)合金，其断裂强度分别为560MPa、560MPa和540MPa,屈服强度分别为310MPa、310MPa和330MPa，塑性应变分别为5.3％、5.5％和6.3％。进一步降低Mg含量，获得的Mg_(75)Zn_(17)Ca_4Al_4合金具有非晶基体，其屈服强度、断裂强度和塑性应变分别为600MPa635MPa和1.2％。