铸造Mg-Al-Zn系合金的组织性能及其糊状区特性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 马跃群 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-02-05 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 韩恩厚 |
| 关键词 | 镁合金 显微组织 拉伸力学性能 糊状区 枝晶干涉 枝晶压紧 糊状区剪切强度 |
| 其他题名 | Studies on microstructure, tensile properties and mushy zone characteristics of Mg-Al-Zn casting magnesium alloys |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 为了充分挖掘低成本Mg-Al-Zn系铸造镁合金的力学性能潜力，本文系统研究了合金元素锑（Sb）、菱镁矿石碳变质处理以及热处理对铝、锌含量之和为10±2wt%的Mg-Al-Zn合金系的显微组织及拉伸力学性能的影响规律。 研究发现了第二相类型随Zn／Al质量比的变化规律：随Zn／Al质量比的增加，第二相依次为γ相、Φ相、τ相和未知Mg-Al-Zn三元相等。通过研究热分析技术获得的冷却曲线，发现上述第二相的形成温度如下：随着固溶锌元素含量的提高，γ相形成温度区间从AZ60合金的434~428℃逐步降低到AZ66合金的371~365℃；Φ相形成温度区间约在360~350℃之间；τ相形成温度区间为351~343℃； 未知Mg-Al-Zn三元相的形成温度区间为344~330℃。实验证实了（0.1~0.5wt.%）含量的锑元素可以一定程度地细化AZ64合金的晶粒尺寸，并使得第二相中的片层状组织向块状组织转变。研究发现菱镁矿石碳变质处理大大细化了中等铝锌含量镁合金体系的晶粒尺寸，并使第二相弥散分布；发现菱镁矿石碳变质处理实现晶粒细化所需的铝含量低限约为4wt.%。系统研究了该合金系的热处理条件，参照合金凝固终止温度，获得了使第二相彻底固溶到基体中的最佳固溶（T4）处理条件。最佳T6热处理（最佳T4热处理+时效处理）可使固溶的铝锌元素重新以弥散细小的形态从基体中析出。 拉伸力学性能实验表明：铸态和最佳T6热处理条件下，随铝、锌元素增加，屈服强度增加，塑性降低；铸态条件下，铝、锌含量之和为10 wt.%的合金其抗拉强度最高；最佳T6热处理条件下，铝、锌含量之和为11wt.%的合金其抗拉强度最高。0.1~0.5wt.%的锑元素提高合金的强度和塑性；菱镁矿石碳变质处理则可同时大幅提高合金的屈服强度、抗拉强度和塑性。 提出了中等铝锌含量铸造镁合金强韧化的四个关键因素：铝／锌元素的匹配、菱镁矿石碳变质处理、微量元素改性、合适的热处理工艺。在此基础上获得了高强度高韧性的铸造镁合金，其中最佳T6热处理的AZ64-0.1Sb合金力学性能优异，其屈服强度达到160MPa，抗拉强度达到313 MPa，延伸率为6%；在采用相似方法制备的同类合金中，上述性能指标在国际上居领先地位。 为了改善中等铝锌含量Mg-Al-Zn系铸造镁合金的铸造性能，建立了表征合金凝固过程的计算机辅助热分析技术；根据Couette型流变仪原理，建立了镁合金糊状区强度测试的连续扭矩测试技术；研究了与合金显微组织形成过程有关的凝固顺序和凝固路径，研究了糊状区温度参数、固相分数和糊状区剪切强度的演变规律等；这些研究结果为理解和调控该合金体系的显微组织和力学性能提供了重要的物理冶金基础。 提出了镁合金糊状区初晶形核第一特征温度Tn1、初晶形核第二特征温度Tn2等概念，引入了枝晶干涉点温度Tch、枝晶压紧点温度Tpk的概念。对铝、锌含量的研究表明：随着铝、锌含量的增加，Tn1、Tn2和Tch均呈逐步降低趋势，（Tn1-Tn2）温差逐渐拉开，（Tn2 -Tch）温差则基本恒定；中等铝锌含量镁合金的枝晶干涉点固相分数fs-ch约为0.27~0.37；对菱镁矿石碳变质处理的研究表明，异质形核作用可导致Tn1有所提高；研究发现，导致晶粒细化的菱镁矿石碳变质处理以及微量锑元素均具有提高fs-ch并缩小（Tn1-Tn2）温差的特征。 根据对合金糊状区剪切强度的研究，揭示了合金糊状区剪切强度与其铸造性能之间存在的内在联系。研究表明：枝晶压紧点剪切强度值τpk、剪切强度τ随温度或固相分数的增长速度是三个重要的参量。研究发现：热裂敏感性偏高的合金其枝晶压紧点剪切强度值τpk较高，其糊状区剪切强度τ随温度或固相分数的增长缓慢，不利于合金糊状区剪切强度的快速建立。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 132 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16895]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马跃群. 铸造Mg-Al-Zn系合金的组织性能及其糊状区特性研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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