Mg-Zn-Al-X合金的组织、性能及其蠕变行为研究

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1、Mg．Zn—A1．X合金的细钐{、性能及其蠕变行为研究摘要基于Mg．Zn系开发低成本、综合性能优良的镁合金材料应用于汽车甚至航空航天用耐热结构件中(使用温度<200℃)，可以克服稀土镁合金高成本的局限性，对于拓宽镁合金的应用具有重要意义。本文以Mg．6Zn(mass％)合金为基体，在优化Al含量的基础上，系统地研究了Sn低合金化和Sn／Ca复合合金化对Mg．6Zn．2A1铸态组织与性能的影响规律，考察了铸态合金的固溶时效特性和性能特征，探索了Sn／Ca合金化镁合金的加工成形性能、析出相特征和力学性能特点，并探讨了铸态含sn合金的蠕变特性和sn的作用机理。本文的目

2、的在于探索一类Sn和Ca复合强化的耐热镁合金材料，为低成本高性能镁合金的研制提供详细的实验数据和理论依据。主要研究内容和结果如下：(1)研究了Al含量(2，4和6mass％)对Mg．6Zn铸态合金组织与性能的影响，得出Mg．6Zn．2A1合金综合力学性能优良，耐腐蚀性能优于铸态AZ9l和ZA85合金，且在150℃和200℃长时间热暴露过程中表现出较高的组织稳定性，是三元合金中一个较佳的成分配比。(2)系统地研究了Sn含量(O．5，1，2和3mass％)对Mg．6Zn．2A1铸态合金组织与性能的影响。结果表明，铸态含Sn合金主要由0【．Mg、MgZn和M92Sn相

3、组成，其中M92Sn相以从液相直接结晶出的粗大颗粒和固态析出的短棒状颗粒存在。Sn具有细化合金中MgZn离异共晶化合物和抑制其生成的作用。上述合金在150℃长时间热暴露过程中组织稳定性良好，而在200℃热暴露后期因M92Sn颗粒的聚集长大而硬度有所下降。加入Sn可以降低合金基体的自腐蚀电位、抑制腐蚀反应阴极过程和促进阳极过程，对耐蚀性影响不显著。加入Sn到Mg．6Zn．2A1合金中可以显著提高室温和高温强度并改善抗压缩蠕变性能。室温下，其屈服强度随着Sn含量的增加而明显提高，0．5mass％Sn时抗拉强度和伸长率最高；150℃下，0．5mass％Sn时抗拉强度和

4、屈服强度最高。铸态含Sn合金室温和高温断裂方式为混合型断裂。随着Sn含量增加，其室温断裂倾向于解理断裂，高温断裂倾向于准解理断裂。含Sn合金的稳态压缩蠕变速率(175℃／50MPa)比基体低10％．30％不等，而3mass％Sn合金的稳态压缩蠕变速率f190"C／50MPa)贝,0低56％。(3)系统地研究了少量Ca(0．2mass％)对Mg．6Zn．2A1．3Sn铸态合金组织与性能的影响。结果表明，少量Ca可以提高其在200℃长时间热暴露过程中的组织稳定性，改善耐蚀性，提高室温、高温强度和抗压缩蠕变性能。加Ca合金的稳态压缩蠕变速率(160～190。C／50～

5、70MPa)比不加Ca的低7％～18％不等且耐蚀性优于铸态AZ9l合会，是多元合金成分设计的依据。———————．．．———．．．———．．．——．．．．．．．．．．———．．——．．．．．．．．．．．．．．．．．——————————————————————————————————————．J博}学位沦文(4)系统地研究了铸态合金的固溶时效特性与组织性能特征。结果表明，加入Sn和Sn／Ca导致合金中MgZn共晶化合物在345℃保温28h后固溶不完全；Sn可以抑制GP区的形成与溶解，Ca则促进GP区的形成与溶解和Bl’相的析出。时效处理可以提高铸态含Sn合金的室温

6、和高温屈服强度，增加稳态蠕变速率的应力敏感性，而对抗蠕变性能的影响不一致。高Sn合会的室温、高温屈服强度和抗压缩蠕变性能优于低Sn合金。时效态含Sn合金中析出相以长棒状13l’相和短棒状M92Sn相为主，存在M92Sn颗粒聚集和多数M92Sn相依附Bl’相形核与长大的现象；加Ca合金中还存在若干块状的13l’相。Ca改变了时效态Mg．6Zn．2A1．3Sn合金中13l’相的形貌、降低了长棒状13l’相的纵横比并抑制了M92Sn相的聚集，从而提高室温、高温屈服强度并改善抗压缩蠕变性能且不影响塑性。(5)系统地研究了Sn／Ca合金化镁合金的加工成形性能、析出相特征和

7、力学性能特点。研究表明，Mg．6Zn．2A1．3Sn．0．2Ca合金经挤压(330。C挤压、挤压比25：1)加工后具有细小的等轴晶组织，各向异性程度低，综合力学性能优良(抗拉强度387MPa，伸长率9％)。变形过程中，M92Sn质点是动态再结晶形核的择优位置；按T5处理时基体中析出大量的纳米相(pl’相和M92Sn相)；T6态合金中也存在大量的纳米相。T5态合金中长棒状13l’相析出密度高且细小，导致其强度和伸长率高于T6态。挤压态和热处理态合金的抗蠕变性能低于铸态。然而，挤压合金的室温拉伸性能与商业用变形镁合金相当，抗蠕变性能显著改善，其稳态蠕变速率(175。

8、C／50～70MPa)在