Ca、Sr对AS21合金组织及性能的影响

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1、ZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterEffectsofCaandSrontheMicrostructuresandPropertiesofAS21alloy一^．一I-。．．——．．．．．．一——ByYanWangSupervisor：Prof．HongliangZhaoMaterialsProcessingEngineering一SchoolofMaterialsScienceandEngineeringMay2010It，’原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得

2、的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文柘者：书若．日期：Ⅻ加年歹月学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论

3、文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：击岩日期：≥,0／0年厂月摘要镁合金在温度超过120℃时蠕变强度往往会随着温度升高而大幅度下降，因此，开发具有优异高温性能的耐热镁合金是镁合金研究的主要方向之一。在汽车工业中，传统的耐热镁合金AS系(Mg-A1．Si)合金由于舢含量的减少和Si元素的加入，减少了沿晶界呈网状分布的p-Mgl7A112相，得到了具有高熔点(1085。C)的M92Si强化相，能够显著提高合金的高温性能。但是合金中的M92Si相往

4、往呈现粗大的汉字状形态，会阻碍合金性能的进一步提高。因此，如何改变M92Si相的形态从而使其充分发挥对镁合金性能的有益性显得尤为重要。本文以AS21合金为基础，通过加入微量合金元素Ca和Sr，利用光学显微镜(OM)，X射线衍射仪()(】m)、差热分析仪(DTA)、带能谱分析(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)等分析手段，研究了Ca、Sr单独添加及复合添加对合金组织和性能的影响及作用机理，为进一步开发高性能、低成本的耐热镁合金提供理论和实践依据。研究表明，Ca对汉字状M92Si相有显著的变质作用，对AS21合金有明显的晶粒细化作用。加入0．25％Ca时

5、，粗大汉字状M92Si相完全转变为均匀、弥散分布的颗粒状、块状，平均尺寸由原来的42I．tm减小为8岬，AS21合金的晶粒由105pm细化为75Itm。Sr对汉字状M92Si相也有明显的变质作用，对已经被Ca变质的颗粒状M92Si相有一定的细化作用，对合金有一定的晶粒细化作用。在AS21．0．25Ca合金中加入0．1％Sr后颗粒状M92S]相的平均尺寸不大于51ml，合金的平均晶粒尺寸也进一步减小为67岬。AS21合金的组织由a-Mg、p—Mgl7All2相和M92Si相组成。加入超过0．25％Ca后，合金中生成了新相CaSi2。在AS21．0．25

6、Ca合金中加入0．3％sr后，合金中生成了少量针状的MgCaSi三元相。AS21合金在420。C经12一-20h的固溶处理之后，组织中的p—Mgl7All2相基本溶入到基体中，汉字状M92Si相由于枝晶生长发达，在表面张力的作用下，Si沿a-Mg基体和M92Si相的界面扩散，使M92Si相的枝晶发生部分溶解，并依靠自发球化的趋势向未溶的粒状M92Si扩散聚集，最终部分溶解并伴有断裂和球化现象。加入Ca、Sr后的合金经过420。C，16h固溶处理后，块状M92Si相●王摘要由于表面张力很小，Si原子的扩散远不如汉字状M92Si相枝晶末端的Si原子扩散速

7、度大，因此形态没有发生明显的变化，表现为其耐热性好于汉字状M92Si相。Ca的加入可以大幅度提高AS21合金的高温蠕变性能，AS21．0．25Ca合金的蠕变变形程度仅为AS21合金的28．6％。在加入Ca的基础上再加入少量sr可以进一步提高合金的高温蠕变性能，AS21．0．25Ca-0．1Sr合金的蠕变变形程度为AS21合金的21．4％。由于Ca、Sr的加入使得MgESi相的形态由粗大的汉字状转变为细小的颗粒状，在合金的高温蠕变过程中能够显著减少M92Si相附近的应力集中，并且能够更加有效的钉扎晶界，阻碍晶界滑移和晶内位错运动，从而提高高温蠕变性能。

8、0．25％Ca的加入使AS21合金的液相线降低了4。C，从而提高合金的过热度，有利于提高凝固过程中的流动性。