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高强度铸造镁合金的研究

热焱  
【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%。


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