Mg-Sn系变形镁合金组织结构及力学性能研究

【摘要】：镁合金是当前工业应用领域中最轻的金属结构材料,具有低密度、高比强度比刚度、阻尼减震性及电磁屏蔽性优异等特性,应用前景广阔。Mg-Sn系合金是一新型时效强化镁合金。Sn在镁中是典型的沉淀强化元素,固溶度在561℃时达14.85wt.%,当温度降低至200℃时又迅速降至0.45wt.%,该特性是Mg-Sn系合金热处理强化的重要基础,主要强化相Mg2Sn具有显著的高硬度(119HV)高熔点(770.5℃)特性。论文根据上述特性设计了三种Sn含量不同的Mg-xSn(x=1.0,3.0,9.0)-1.5Y-0.4Zr合金试样,采用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析、X射线衍射仪、维氏硬度计、电子万能材料试验机等实验设备对挤压态及不同热处理条件下合金试样显微组织结构及力学性能进行了实验性探究,以期获得最佳成分配比及对应的热处理工艺,为Mg-Sn系变形镁合金的推广应用提供科学基础。综合本文试验探究结果表明:挤压态合金试样第二相沿挤压方向分布特征明显,晶粒较为细小,无铸造类组织缺陷;随Sn含量增加,合金强硬度增加,塑韧性下降;经不同参数固溶处理工艺对比,495℃/10h固溶处理方案能获得最佳固溶处理效果,固溶处理后试样塑性显著升高,强度、硬度有一定幅度下降;固溶处理后通过250℃条件下的人工时效处理能够显著改善合金的综合性能。初始挤压态Mg-9Sn1.5Y-0.4Zr合金力学性能为:硬度79.5HV、屈服强度174MPa,伸长率9.7%;经固溶处理后合金伸长率提高了35.1%,达13.1%;通过固溶处理+人工时效能够显著改善Mg-Sn系合金综合力学性能。9Sn合金时效60h后达到时效峰值硬度89HV,屈服强度达218MPa,伸长率为10.4%,分别较挤压态提高11.9%,25.3%,7.2%。经G-D强化模型计算,时效强化对9Sn合金的屈服强度贡献值高达51.76%,证明时效处理对Mg-Sn系合金具有高效强化作用。断口分析表明,固溶处理后试样断口韧窝增多,颗粒相减少且棱角消失,人工时效后球状颗粒相显著增多,表明固溶处理及人工时效能够有效改善Mg-Sn系合金组织结构。综合实验结果表明,固溶处理能显著改善Mg-Sn系合金的塑韧性,人工时效处理对合金的综合力学性能提升作用显著。