ca合金化对ae系合金显微组织和力学性能的影响

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1、l南^掌嚏±掌位能-i合金元素Ca对AE系合金显微组织和力学性能的影响摘要近年来，全球范围的能源危机和环境危机日益严重，这就对汽车的轻量化提出了要求。作为最轻的金属结构材料的镁合金，因具有比强度比刚度高、阻尼性能好等优点，在汽车上的应用日益广泛，同时也对镁台金的力学性能尤其是高温力学性能提出了更高的要求。其中，AE41(Mg．4A]-1RE-0．3Mn)和AE42(Mg-4A1-2RE一0．3Mn)是目前比较成熟的两个耐热镁合金牌号。它们具有良好的室温力学性能，优良的高温力学性能尤其是高温抗蠕变性能。但当温度高于175℃时，该合金的蠕变性能下降很快，这大大地限制了它作为轻质结构材

2、料的应用范围，尤其是目前发展最快，镁合金用量日益增大的汽车工业。本文以Mg．A1一RE合金(AE41／AE42)为基础，采用ca合金化技术．系统地测试了合金的室温和高温力学性能、高温抗蠕变性能以及流动性。同时，运用光学显微镜(oM)、X射线衍射分析(Ⅺ乇D)、扫描电镜(SEM)、电子束微区分析(EDAX)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)等多种分析和测试手段，较系统地研究了Ca合金化对AFAl／AE42合金组织结构和力学性能的影响和作用机理。研究的目的是为Mg-AI．RE合金的进一步研究和开发提供理论和实验依据。研究发现．AE41／AEA2合金的铸态组织是典型的树枝晶。RE元

3、素量的增加对Mg．AI．RE合金组织的细化效果不明显。在AE41／AE42合金中加入少量Ca元素后，能显著地细化台金的铸态组织。Ca加入AE41／AE42合金后，形成了新相A12Ca。此相主要有三种形貌：层片状、非层片状和细小弥散的颗粒状，主要分布于晶界．并随加入Ca量的增多在晶界处呈网状分布。A12ca是一种高热稳定性的化合物，在长时间的固溶时效处理后未发生变化。加Ca合金力学性能的改善主要得益于AhCa相的生成。Ca的加入显著地提高了AE41／AFA2铸态合金的室温屈服强度，但降低了合金室温下的抗拉强度和延伸率。Ca提高了AE41／AE,42铸态合金高温下(150℃、175℃

4、和200℃)的抗拉强度和屈服强度。Ca能够有效提高AE4】合金时效态(T6)的室温和高温(150"C、175℃和200"C)下的抗拉强度和屈服强度。与铸态相比，时效处理提高了AFAI合金的室温力学性能，但降低了合金的高温力学性能。断口分析表明，Ca的加入没有改变铸态AFAl／AE42基合金室温和高温下的断裂模式，但有使合金脆化的倾向。对合金蠕变性能的测试结果表明，在AFAl／AE42合金中加入合金元素Ca后显著地提高了铸态合金175℃，70MPa下的高温抗蠕变性能．合金稳态蠕变速率显著降低，并且稳态蠕变速率随着加入的Ca量增加而逐渐减小。AFAl基合金时效态蠕变性能的测试结果显示

5、，在相同的蠕变条件(175℃／70M咿a)下，铸态合金的高温抗蠕变性能要优于时效态合金，尤其是AE41基体合金及加入微量ca的AE4103合金。但这种差别随着加入Ca量的增加而逐渐缩小。合金蠕变后的组织观察表明，蠕变过程中，AFAI／AE42台金中针状的A11lRE3相将发生部分分解，生成颗粒状或短棒状AhP．E和Al，而析出的Al与Mg反应生成Mgl7A1120这种转变对合金的蠕变性能有害。在AE41／AE42合金中加入Ca后，A1llRE3相分解释放的A1与ca生成A12ca或与Mg、Ca生成溶入了ca的Mgl，All2相，从而提高了铸态合金的抗蠕变性能。ca对蠕变过程中M9

6、17AIl2软相的抑制作用以及高硬度、高熔点第二相A12ca的生成，是台金抗蠕变性能得以大幅提高的主要原因。合金的流动性测试结果表明，ca的加入少量地降低了AE41／AE42合金的流动性，降低幅度随含ca量的增加而增加。对含ca量相同的合金。RE提高了合金的流动性，但效果不明显。值得一提的是，AC42合金的流动性优于AZ91合金。关键词：Ca，AE41，AE42，镁合金，合金化，显微组织，力学性能，蠕变，流动性II■埔大■嘬±算啦诗文Microstructures，MechanicalPropertiesandCreepResistanceofAE41／AE42BasedAllo

7、ysWithCaAdditionsABSTRACTInrecentyears，magnesiumalloys，providingwithgooddampingcapacity,highspecificstrengthandstiffnessasthelighteststructuralalloys,a／'eimpressivelyattendedbyinternationalindustrialcircleforenergyandenvironmentcrisesmainlyca