硅和磷化鋁對(duì)高鋅鎂合金顯微組織及性能的影響

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1、鄭州大學(xué)博十學(xué)位論文硅和磷化鋁對(duì)高鋅鎂合金顯微組織及性能的影響摘要鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度高、阻尼性能及磁屏蔽性能好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)成為汽車、電子行業(yè)首選的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。高鋅鎂合金是新型的耐熱鎂合金，其zn含量一般在5％以上，主要強(qiáng)化相為三元金屬間化合物1相(M勘2(Al，zn)49)和少量的中相(A12M95zn2)，但該系合金的鑄造性能較差，高溫性能也有待進(jìn)一步提高。本文選擇Mg．8zn．4m．O．3Mn(zA84)高鋅鎂合金作為基礎(chǔ)合金，以si為低合金化元素，A卜A1P中間合金為變質(zhì)劑，設(shè)計(jì)了十余種不同成分的合金。在測(cè)試合金流動(dòng)性及力學(xué)性能的同時(shí)，采用光學(xué)顯微鏡(0M)，X

2、射線衍射儀(xRD)，掃描電鏡(sEM)，透射電鏡(TEM)，能量分散型x射線儀(EDxs)，差示掃描量熱儀(DSc)等多種分析手段，系統(tǒng)地研究了si和Al～A1P中間合金對(duì)zA84高鋅鎂合金組織演變和性能的影響及其作用機(jī)制。對(duì)含si和A1P高鋅鎂合金的熱穩(wěn)定性及冷卻速率敏感性也進(jìn)行了探討。在此基礎(chǔ)上，對(duì)高鋅鎂合金進(jìn)行了成分優(yōu)化。研究表明，隨著基礎(chǔ)合金zA84中加入si量的增加，合金的流動(dòng)性持續(xù)增加。這是si加入后合金液相線溫度的降低、凝固溫度范圍的減小以及M戩si結(jié)晶潛熱的釋放等因素共同作用的結(jié)果。當(dāng)Si含量較低時(shí)(例如小于O．36、vt．％)，M92Si相以共晶方式生成，呈

3、小塊狀和小條狀分布于晶界及晶界附近，基體晶粒及三元相都得到不同程度的細(xì)化；當(dāng)Si含量大于0．71塒．％時(shí)，M臣Si主要呈現(xiàn)為比較粗大的塊狀及漢字形初生相，分布于晶內(nèi)，基體組織變化不大。M盤(pán)Si相由小塊狀長(zhǎng)成漢字形意味著其生長(zhǎng)方式由小晶面界面長(zhǎng)大改變?yōu)榉切【娼缑骈L(zhǎng)大。對(duì)zA84+si系合金進(jìn)行熱處理，結(jié)果表明：合金在時(shí)效過(guò)程中沉淀相發(fā)生均勻的連續(xù)析出，其中基礎(chǔ)合金zA84中的納米級(jí)析出相是沿基體n(Mg)的(0001)密排面析出，加入元素si后，納米級(jí)析出相則是沿基體任意方向析出。隨著zA84合金中加入Si量的增加，合金的析出相形成激活能呈增加趨勢(shì)，峰值時(shí)效時(shí)間由ZA84合金的

4、2h左右推遲至8h左右，再結(jié)晶時(shí)間較zA84合金推遲4h以上?；A(chǔ)合金zA84中加入si后由于M＆si強(qiáng)化相的形成、基體組織的細(xì)化及合金時(shí)效過(guò)程中大量彌散相的析出，使得合金在常溫和高溫(423K)下的力學(xué)性能都得到不同程度的提高，但過(guò)多的Si(例如大于O．71卅．％)會(huì)導(dǎo)致漢字形M勘Si的形成，摘要使合金的力學(xué)性能下降。向Mg-8zn．4A1．O．3Mn-0．96si(096si)合金中加入變質(zhì)劑A1．AlP中間合金，結(jié)果表明：該變質(zhì)劑能夠促使M＆Si初生相由粗大的漢字形變?yōu)榧?xì)小、彌散分布的顆粒狀，并使合金基體組織顯著細(xì)化。A1．AlP對(duì)M92si相的變質(zhì)是以舢P作為M＆si相

5、的異質(zhì)核心和P原子固溶于M92si相中影響其生長(zhǎng)兩種機(jī)制共同作用的結(jié)果。變質(zhì)后合金組織的進(jìn)一步細(xì)化以及合金中大量熱強(qiáng)顆粒對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙和對(duì)晶界的釘扎作用，使得臺(tái)金的室溫及高溫(423K)性能進(jìn)一步提高。變質(zhì)后合金的流動(dòng)性也得到進(jìn)一步改善。此外，對(duì)變質(zhì)后合金在不同冷卻速率下的顯微組織分析表明，隨著冷卻速率的增大，合金的顯微組織細(xì)化明顯，其基體晶粒對(duì)冷速的敏感性介于zA84與096Si合金之間。在對(duì)基礎(chǔ)合金ZA84的合金化及變質(zhì)過(guò)程中，出現(xiàn)三元金屬間化合物的相選擇現(xiàn)象：在zA84合金中加入si導(dǎo)致幣相增加，t相減少；繼續(xù)加入AlP后，t相增加，中相減少。ZA84+Si(mP)系合

6、金凝固過(guò)程的DSC分析表明，合金凝固過(guò)程中動(dòng)力學(xué)條件的改變導(dǎo)致三元相t與巾之間出現(xiàn)相選擇。運(yùn)用過(guò)冷熔體中非均質(zhì)形核的穩(wěn)態(tài)形核率數(shù)學(xué)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)合金中三元金屬間化合物相選擇進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析表明，過(guò)冷熔體中存在一臨界過(guò)冷度，當(dāng)t相與巾相析出時(shí)熔體的過(guò)冷度大于此臨界值，則t相優(yōu)先析出而巾相受到抑制，否則，由相優(yōu)先析出而t相被抑制。該相選擇規(guī)律可為控制高鋅鎂合金中強(qiáng)化相的選擇性析出提供一定的科學(xué)依據(jù)。采用高溫金相顯微鏡對(duì)合金的熱穩(wěn)定性分析表明，基礎(chǔ)合金zA84中si的加入使晶界的熱穩(wěn)定性增加；在此基礎(chǔ)上加入適量AlP后，晶界的熱穩(wěn)定性變化不大；zA84+si系合金中顆粒狀M臣si比漢字形M

7、92si的熱穩(wěn)定性高。與未變質(zhì)的M＆si相比，變質(zhì)后的M＆Si由于界面狀況改善，加上P原子的溶入使M92Si相中元素總的電負(fù)性差增大，其熱穩(wěn)定性有所升高，但過(guò)量的AlP會(huì)使M＆Si的熱穩(wěn)定性下降。為進(jìn)一步優(yōu)化合金成分，改善合金的抗蠕變性能，將合金的主加元素鋅、鋁的質(zhì)量比ztl／舢由原來(lái)的8／4(2／1)調(diào)整為8／3．2(5／2)，并改變勐+舢總量，結(jié)果表明，三元相均為t相(其熱穩(wěn)定性優(yōu)于由相)，并且隨著Ztl+Al總量的增加，合金中t相含量增加，位(Mg)晶粒細(xì)化，但M92Si顆粒尺寸略有增