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镁合金的合金化及组织性能研究

宫宁宁  
【摘要】: 镁合金具有低密度、高的比强度和比刚度、高阻尼、电磁屏蔽性良好及机械加工方便等优点,特别适用于轻质结构件。近年来,镁合金在航空、汽车和电子行业中的应用得到了长足发展。但是由于其塑性变形能力较差,因而在各个领域的应用上受到了一定的限制。目前,改善镁合金塑性变形能力,开发高强韧变形镁合金材料是高性能镁合金的主要研究方向。本文分别选取Mg-6A1和AZ31两种变形镁合金为基体,采用合金化的方法研究了不同含量Ca元素对合金的组织和性能的影响,并探讨其化学成分、组织结构和力学性能变化之间的关系。 利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等材料分析手段研究了Ca元素对Mg-6A1和AZ31合金显微组织的影响。研究结果表明:加入Ca元素后,两种合金中都产生了新的Al_2Ca相,β-Mg_(17)Al_(12)相数量减少,合金晶粒被细化。Mg-6A1-3Ca的平均晶粒尺寸由Mg-6A1时的163.3μm减小到71.4μm;AZ31-1.54Ca的平均晶粒尺寸由的194.5μm减小到63.4μm。Ca元素对两种合金的细化效果可归结为:凝固过程中固/液界面富集的Ca元素强烈阻碍了a-Mg晶粒的长大,Ca元素在熔体中形成的高熔点初生Al_2Ca相起到了非均质形核作用。 对铸态合金的力学性能研究表明:少量钙元素的添加,可以提高Mg-6A1合金在室温下的抗拉强度,同时延伸率也得到提高,但是含钙量超过1%时,合金的抗拉强度和延伸率都下降;AZ31合金加入少量钙后,室温抗拉强度也得到一定提高,但是其延伸率下降。加大含钙量后,合金的力学性能也随着下降,但钙的加入明显提高了两种合金的显微硬度。 本文还采用电磁-悬浮铸造技术,研究了Zr对AZ31变形镁合金组织性能的影响,虽然Zr的添加在一定程度上提高了合金的力学性能,但是由于实际加入量极其微少,还不能确定锆对AZ31合金的细化及强化作用。


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