热处理工艺对Mg-Er-Zn-(Zr)合金组织和性能的影响

【摘要】：镁及镁合金具有良好的电磁屏蔽性能,高的比强度、比刚度,优异的机械加工性、可回收再利用及低密度等优点[1-2],在航空航天、汽车、电子等领域得到广泛运用。然而,镁合金低的抗拉强度和延展性极大地限制了它的进一步发展[3-4]。本文采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、差热分析(DTA)、硬度以及压缩试验等,研究了合金元素Zn和Zr对Mg-Er-Zn-(Zr)合金组织和力学性能的影响,分析和探讨了固溶温度和时间、固溶后的冷却方式、时效温度和时间等工艺对Mg-Er-Zn-(Zr)合金组织和性能的影响。通过研究,得到以下结果:1)通过研究不同Zn含量的Mg97.82-xEr2ZnxZr0.18合金发现,Zn的添加明显改变和细化了铸态合金的显微组织。合金的晶粒尺寸随Zn含量的升高而逐渐减小。无Zn的Mg97.82Er2Zr0.18合金由α-Mg相组成;含Zn的Mg97.57Er2Zn0.25Zr0.18、Mg97.32Er2Zn0.5Zr0.18及Mg97.07Er2Zn0.75Zr0.18合金均由α-Mg相和板条状X相组成,而Mg96.82Er2Zn1Zr0.18合金则由α-Mg相、X相及少量的网格W相组成。随着Zn含量的升高,X相的体积分数增大。由性能测试分析知,添加Zn后合金的硬度和强度高于无Zn合金,且随着Zn含量的增加,Mg97.82-xEr2ZnxZr0.18合金的硬度和强度基本呈现升高的趋势,而延伸率呈降低的趋势。当Zn为1%时合金的硬度、抗压强度、屈服强度最高,但延伸率最低,分别为63.9Hv、320.6MPa、146.5MPa和12.4%。2)Zr元素的添加大大细化了Mg97.5Er2Zn0.5铸态合金组织,降低了晶界处X相的体积分数,缩短了X相完全固溶的时间,提高了铸态和固溶态合金的力学性能。3)通过固溶处理工艺的优化,Mg97.82-xEr2ZnxZr0.18合金的最佳固溶工艺分别为:Mg97.57Er2Zn0.25Zr0.18—540℃×12h、Mg97.32Er2Zn0.5Zr0.18—540℃×16h、Mg97.07Er2Zn0.75Zr0.18—540℃×32h,Mg96.82Er2Zn1Zr0.18—540℃×32h。因此,在同一固溶温度下,Mg97.82-xEr2ZnxZr0.18合金完全固溶的时间随Zn含量的升高而增加。在上述固溶处理状态下,前三种合金X相均完全溶入α-Mg基体中,没有析出新相;而Mg96.82Er2Zn1Zr0.18合金X相完全溶入基体中,且析出大量的W相。由性能测试分析可知,固溶态Mg97.82-xEr2ZnxZr0.18合金的力学性能高于铸态合金。随着Zn含量的升高,固溶态合金的硬度值和强度升高,延伸率降低。相比于水冷合金,固溶后采用炉冷的合金基体上的长周期结构相要更明显,硬度值和强度降低,但延伸率升高。4)Mg97.82-xEr2ZnxZr0.18合金分别在180℃、300℃、400℃及450℃温度下时效,均没有出现明显的峰值时效,相组成也没有变化,力学性能与固溶态合金相差不大。随Zn含量升高,时效态合金的力学性能升高。因此,时效处理不能有效地改善Mg97.82-xEr2ZnxZr0.18合金的组织和力学性能。
【关键词】：Mg-Er-Zn-(Zr)合金 固溶处理 时效处理 显微组织 力学性能
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG146.22;TG166.4