Sr 对AZ91 镁合金组织及力学性能的影响
Ca和Sr对AZ91D镁合金低周疲劳性能的影响
表 １ 各 组 材 料合 金 化 学成 分 （ 量 分数 ， 质 ％）
和应 用 量的急 剧增 加 ， 其 力学 性 能尤其是 疲 劳性 对 能 的要求 也越 来越 高 ， 而疲 劳失效 亦 是其 主要破 坏
形式 之一 ［ ］ 究镁合 金在 常温 下 的低周 疲 劳行 ７ 。研 ｌ ８ 为， 旨在揭 示镁 合 金 低周 疲 劳 的机 理 ， 镁合 金 的 为
９．９％）锌粒 （ ９ ． ％） ９８５ ， ＞ Ｉ ９９ ０ 。辅助 材料有 ：２ １ Ｃ Ｃ６精
能 ， 利 用光 学电子 显 微 镜观 察 了材料 在 不 同状 态下 的 显微 组 织及 低 周 疲 劳 断 口特征 。 结果 表 明 ：ａＳ 元 素 的 并 Ｃ 、ｒ
添加 能细 化铸 态 Ａ ９Ｄ镁 合 金 的 晶粒 ， Ｚ１ 复合 加入 ０ ％Ｃ 和 ０ ％Ｓ， 以提 高镁 合 金 的 低 周 疲 劳性 能 。 ． ａ ４ ． ｒ可 ３ 关键词： Ｚ １ Ａ ９ Ｄ镁 合金 ： ａ Ｓ： 周 疲 劳 Ｃ ； ｒ低
朱 永长 ， 荣守范 ， 尹冬松 ， 张成军
（ 木斯 大学材料科 学与工程 学 院， 佳 黑龙江 佳木斯
１４ ０ ） ５ ０ ７
摘 要 ： 究 了合金 元 素 ｃ 、ｒ 研 ａｓ 复合 添加 对 金属 型铸 造镁 舍金 Ａ ９ Ｄ 的低 周 疲 劳性 能 的影 响。通 过 运 用控 制 Ｚ１ 总应 变幅 Ｏ ５ｍ ０２ ｍ 范 围 内 ． 应 力 比 Ｒ １条件 下施 加 拉 一 载荷 。 试 不 同状 态下 合 金 的低 周 疲 劳性 ． ｍ～ ． ｍ ０ ５ 在 一 压 测
水下搅拌摩擦加工对AZ91镁合金组织和力学性能的影响
Ａ Ｂ Ｒ ）和 搅 拌 摩 擦 加 工 （ ｒ ｔ ｎ ｔ ｒｃｓｉｇ Ｆｉ ｉ ｓｒ ｐｏ ｅｓ ， ｃｏ ｉ ｎ
长大 ， 提高材 料 的 强度 和 塑 性 。为 了进 一 步细 化 搅 拌摩 擦加 工材料 的晶粒 尺 寸 ， 近年 来 发 展 出 了水 下 搅拌 摩 擦 加 工 技 术 （ ｕ ｍｅｇｄｆｃｉ ｔ ｒｃｓ— Ｓ ｂ ｒｅ ｒ ｔ ｎ ｓｒｐｏｅｓ ｉ ｏ ｉ ｉｇ Ｓ Ｓ ） ｕ 等 对 ７ ７ ｎ ， Ｆ Ｐ 。Ｓ ¨ ０ ５铝 合 金 进 行搅 拌 摩 擦 加工 的研 究表 明 ， 用水 、 甲醇 和干冰 的混合 液作 为冷 却液 ， 在搅拌 区得 到 平 均 晶粒 尺寸 为 １ ０ ｍ 的超 可 ０ｎ
由于大 多数镁 合 金 为 密 排六 方 晶体 结构 ， 塑性 相 对较 差 ， 故镁 合 金 的成 形 加 工 与 工业 应 用 均 受到
一
上提 出 的一 种 新 型 固态 加 工 技 术 。对 于镁 合 金
的研 究 ， 搅拌 摩擦 加工 技 术 主要 集 中在 Ａ Ｚ系 和 Ｚ Ｋ 系细 晶 的制 备 、 晶粒 细化 的机 制 和 细 晶性 能 等 。 目 前 ， 内外 在 搅 拌 摩 擦 加 工 Ａ ９ 国 Ｚ １镁 合 金 的研 究 方 面 已经取 得 了一定 的进 展 “ Ｃ ｖｌ ｒ ， ａａｉ ｅ等 利 用 ｅ 搅拌 摩擦 加工 技术获 得 了 晶粒尺 寸 为 ４ ｍ 的 Ａ ９ Ｚ１ 镁合 金 ， 该材 料具有 良好 的超 塑性 。尽管 如此 ， 由于 在搅 拌摩 擦 加 工 过 程 中轴 肩 和 搅 拌 头 会 产 生 热 积 累， 搅拌 区发 生动 态再 结 晶晶粒 长大 ， 而影 响细 晶 从 材 料 的形成 。Ｍｉ ｒ ｓ ａ等 指 出 ： 在 合 金 加 工 过 程 ｈ 若
锶对AZ91镁合金铸态组织和力学性能的影响
Ｉｆ ｅ ｃ ｆＳｒ ｄｔ ｎ ｏ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｃ ａ ｉａ ｎｌ ｎ ｅｏ ｕ Ａｄ ｉｏ ｎ Ｍｃ ｌ ｉ Ｐｒ ｐ ｒｅ ｆ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｉ ＡＺ９１Ｍ ａ ｎ ｓｕ Ａｌ ｙ ｇ ｅ ｉｍ ｌ ｏ
能和综 合力 学性 能 ，是 目前商 业化 应用最 广泛 的压 铸 镁合 金之一 ，但它 的高温力学性能差 ，在服役 温度普遍
在１ ０ ３ ０℃之 间的汽车动力系结构件上应用量很小 。 ～０ ５
液 进行充分 搅拌 ，以使 ｓ在合金 液 中充分分 散并 反应 。 ｒ 然 后进行 除渣精 炼 ，将 合金液 温度 降至７０℃左 右时 ， ０
铸
・
造
Ｊ ｎ２ １ ｕ ．０ ０ Ｖ Ｉ５ ＮＯ ６ ｏ ．９ ．
６１ ・ ４
Ｆ ＯＵＮＤ ＲＹ
锶对Ａ ９ 镁合金铸态组织和力学性能 的影响 Ｚ１
冒国兵 ，刘 琪
（ 安徽 工程科技 学院安徽高性能有 色金属材料 省级 实验 室，安徽 芜湖 ２ １０ ） ４ ０ ０
摘 要 ：研究了 （ ）对Ａ ９镁合金铸态组织、拉伸性能及显微硬度的影响。结果表明：ｓ的加入明显细化了基体合 锶 ｓ ｒ Ｚ１ ｒ
镁合金 的密度约为铝合 金 的２３ ／、钢 的 １ ，是 工程 ／ ４
中最轻 的金属结 构材料 ，它 还具 有高 的 比强 度和 比刚
中进行 ，采用石墨 质的坩埚 ，并 以ｃ Ｏ 气体作保 护 。熔 炼 时待ＡＺ １ ９ 合金 全部熔 化后￣ Ｊ Ｍｇ３ ． ｒ Ｊ ｋ 一０２ ｌ Ｓ ％） 中
镁合金的阻燃性
镁合金的阻燃性1.阻燃性问题镁及镁合金由于具有高的比强度、比刚度以及减震性、电磁屏蔽能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，因而在汽车、电子、航天航空等领域得到了广泛应用。
但镁的化学活性很强，在高温时易氧化燃烧，这就导致镁合金的熔炼和加工十分困难。
因而有必要寻找一种经济、实用、无污染的镁和金熔炼保护方法以防止镁合金生产过程中的氧化燃烧问题。
目前较为成熟的镁合金阻燃方法有熔剂保护法和气体保护法，但这两种方法在应用过程中存在着熔剂夹杂、污染环境以及设备复杂等缺点。
20世纪50年代人们提出了合金化阻燃的想法，即通过向镁合金中添加合金元素，使其在熔炼过程中自动生成保护性氧化膜，从而阻止镁合金的进一步氧化燃烧。
到目前为止，关于合金化阻燃方法的研究主要集中在Ca、Be和RE等几种元素上。
2.含Ca阻燃镁合金的研究现状日本较早研究了加Ca的阻燃镁合金，日本九州国家工业研究所的Sakamoto 和九州大学的Fukuoka等人研究了Mg-Ca二元合金的阻燃情况。
他们通过测定Mg-Ca合金在加热升温过程中的起燃温度(出现第一个起燃点时的温度)发现：加入1%Ca 能提高燃点250℃，但金属镁的氧化膜表面粗糙不能阻止进一步的氧化；对于加入5%Ca的镁合金，其氧化膜即使在970℃的大气中暴露60min，氧化膜仍很薄，表面光滑均匀。
同时，他们的研究还表明，在Mg-Ca合金表面生成的表面氧化膜是一种双层结构，这种双层结构的外层为致密的CaO层，其厚度不随氧化时间而增加；内层是CaO和MgO的疏松混合层，随氧化时间的增加其厚度增加。
这种氧化膜能阻止外界气氛中的氧向Mg液中渗入并同时阻止Mg 液的挥发，从而提高了燃点。
日本东京工艺学院的Chang等用挤压铸造加工出了加Ca阻燃、加Zr细化的镁铸件，研究了Ca和Zr对组织和性能的影响，证明同时加入Ca和Zr能有效的起到防燃作用，且Ca能提高Zr在镁合金中的溶解度而强化细化效果。
我国许多学者也对含Ca镁合金的阻燃效果及阻燃机理进行了深入的研究。
AZ91D镁合金控制臂组织与力学性能研究
AZ91D镁合金控制臂组织与力学性能研究镁合金的铸造工艺成形性能优异，但组织中缺陷较多、机械性能不高；传统锻造镁合金通过塑性变形具有高的性能，但需多道次锻压加工，工艺路线复杂，导致成本偏高，也不能获得规模应用。
针对这种情况，本文以AZ91D镁合金汽车转向控制臂为研究对象，把挤压铸造成形的低成本优势和锻造成形的高性能优势有机结合起来，在挤压铸造和铸锻复合成型工艺的基础上，对比分析挤压铸造和铸锻复合成型等两种工艺对控制臂组织与力学性能的影响。
本文研究结果表明：①两种工艺下的显微组织均是由α-Mg基体与灰黑色的β-Mg<sub>17</sub>Al<sub>12</sub>相组成。
②在挤压铸造控制臂中，低速充型使组织中卷气较少，高压凝固使缩孔缩松不易形成，致密度较好。
但是，由于激冷作用以及最后凝固部分金属液得不到补充，缺陷会少量存在。
其力学性能与组织密相关：粗大网状β-Mg<sub>17</sub>Al<sub>12</sub>相对基体有割裂作用，且在外力作用下易导致裂纹的形成和扩张；同时，α-Mg基体上应力集中也易产生裂纹，导致拉伸试样塑性变形能力较差，拉伸断口呈现脆性断裂。
③铸锻复合成形中，与压铸态相比，在锻压时受外力影响，组织呈明显流线特征，动态再结晶充分，晶粒细化，缺陷弥合修复，组织致密度高。
同时，由于网状的β-Mg<sub>17</sub>Al<sub>12</sub>相被破碎降低了对基体的割裂作用，增加了晶界的数目，对基体产生了较强的钉扎作用，起到了弥散强化的效果。
所以，该工艺下的试样综合力学性显著在增强，有较强的塑性变形能力，拉伸断口呈现以韧性为主的韧脆混合型断裂机制。
④铸锻态后试样经时效处理后，与热处理前相比，弥散析出了大量的β-Mg<sub>17</sub>Al<sub>12</sub>相，增强了对α-Mg基体的钉扎作用，阻碍了位错运动，所以其抗拉强度和屈服强度得到大幅度提升。
AZ系镁合金织构对力学性能的影响
AZ系镁合金织构对力学性能的影响镁及其合金作为目前最轻的结构金属材料,具有很多优异的性能特点,如比强度高、导电性好等,但由于镁合金的晶体结构为密排六方,这造成其室温塑性变形能力较差,可启动滑移系较少,这些因素均制约了镁及其合金的进一步发展。
因此,从微观角度入手,分析织构对镁合金机械性能的影响,对提升镁产品的实用价值具有非常重要的指导意义。
本研究以AZ系镁合金作为实验原材料,通过电子背散射衍射（EBSD）、金相显微技术（OM）等显微学表征方法,系统分析了织构含量与AZ31挤压镁合金Hall-Petch系数间的联系,并分别探讨了余热轧制对AZ31、非对称压下量轧制对AZ91镁合金机械性能与晶粒组织的影响。
主要结果如下:（1）AZ31挤压镁合金的单向拉伸与单向压缩过程具有截然不同的Hall-Petch关系,并且织构含量的差异也会对Hall-Petch系数造成影响。
此外,所有试样在屈服过程中很有可能开动了不止一种变形模式,如果采用加权的方式将所有开动变形模式的影响全部考虑进流变应力σ<sub>0</sub>的计算中去,将可以得到更为精确的理论数值;同时,根据实验结果,发现晶粒尺寸敏感性k会随织构强度的增强而降低。
（2）与传统的对称轧工艺相比,余热轧工艺由于二道次轧制的变形温度较低,材料内部将会启动相当数量的孪生,孪晶界的形成为新晶粒的形核提供了更多有利位置,最终有效细化了AZ31镁合金试样的微观组织,使材料机械性能得到了明显提升。
（3）非对称压下量轧制在对称轧工艺的基础上,通过改变轧板上下层压下量与各层流动速度的方式,在沿轧板厚度方向上引入了切应力,最终起到弱化AZ91镁合金织构的效果。
并且,通过非对称压下量轧制工艺加工出的材料晶粒组织更加细小、机械性能更为优异。
AZ91镁合金等径角挤压前后组织性能分析
此外，ECA E挤压路径对挤压后镁合金的力学性能也有一定的影响。根据ECA E挤压过程的剪切变形特征可知，经过不同的挤压路径和挤压道次后，材料在变形过程中的几何形状亦不相同,即变形过程中的织构演化规律亦不相同，使挤压后材料力学性能的变化亦不相同。Kim等[ 9 ]发现，A Z61镁合金(常规挤压后在673 K退火24 h )在548 K沿BC路径和A路径，经不同道次挤压后，其晶粒尺寸均减小且变化较一致；沿B C路径的屈服强度下降较大，而A路径的变化则不明显，甚至在8个道次后有所增加；经1个道次挤压其抗拉强度得到较大提高，而在8个道次后，与第一个道次相比B C路径的略有降低而A路径的有所提高；断裂伸长率在经过一个道次挤压后两者均有很大提高后；而随着挤压道次的增加，基本不再发生变化，经8个道次后，B C路径的仅比A路径的高3 %。Agnew等对A Z31B镁合金沿B C路径进行了挤压研究，亦得到了类似的结论。Chang等对A Z31和A Z61镁合金沿C路径挤压进行的研究表明，在第一个挤压道次后抗拉强度剧增，随挤压道次的增加屈服强度逐渐降低，但抗拉强度却略有增加，特别是与退火后的试样相比，更加证明了在由应变硬化而引起强度提高的同时，其韧性并未降低,断裂伸长率得到了较大的提高。
此外，ECA E挤压温度还影响挤压过程中镁合金织构的形式。根据Yu Yo shi等[ 13 ]对A Z31镁合金的研究，在473K进行挤压时形成了基面与挤压出口方向成45°的织构,而在573 K进行挤压时则基面趋向于平行于挤压出口方向。
镁合金(AZ91)／碳纳米管复合材料力学性能研究
２ ． ２ 碳纳米管对复合材料硬度和延伸率的影响 碳纳米 管的含 量对 单铸 Ｔ ４热处理状态 下的复合材料硬度 的 影响从实验的数据可 以看 出： 随着碳 纳米管含量的增加， 复 合材 料 的硬度值 比基 体材 料都要高，而且效果 比较 明显 。当碳纳 米管的 加入 量在 ０ ． ４ ％的 时 候 ， 硬度值相对基体提高 了 ２ ０ ． ６ ％。 碳 纳米管对 单铸 Ｔ ４ 热 处 理 状 态 下 的 复 合 材 料 延 伸 率 的 影 响 。 从 图 中可 以看 出 ： 碳纳 米管的Ｊ Ｊ ｑ ￣ ． 对 材 料 延 伸 率 的 影 响非 常 明显 。当碳纳米管 的含量在 Ｏ ． ４ ％左右时， 复合材料 的延伸率达 到 最 佳 效果 ，延 伸 率 为 ５ ． ５ ％左 右 。之 后 随 碳 纳 米 管 的增 加 ， 延伸 率 缓慢 下降。 碳纳米管加入量达到 １ ． ５ ％， 复 合 材 料 的延 伸 率 为 ４ ． １ ％， 仍 然 比基 体 高 。 复 合材料硬度 的提 高可能是 由于碳纳米 管与基体 之间产 生 高密度位错所致 ， 细小的碳 纳米 管分布于基体， 形成 良好的界面 ， 也使 得 复 合材 料 具有 较 大 的变 形 抗 力 『 ８ 、 ｍ 】 。 但 是 碳 纳 米 管 的 团 聚尺寸 、形态对复合材料的硬度和延伸率有至关重要 的影响 ， 碳 纳米 管的加入量越 多，团聚越严重 ，外形越尖锐 ，不均匀程度 越 严重 ，则存在 的内应力越严重 。当有外载荷存在 时，在尖锐处越 易形 成 裂 纹 源 。 微 区力 学 性 能 的不 均 匀 性 必 将 影 响到 宏 观 力 学 性 能 。从 而 引起 材 料 的低 应 力 破 坏 。 ２ ＿ ３ 碳纳米管对复合材料弹性模量的影响 碳 纳米管对复合材 料弹性模量 的影响， 从实验 的数 据可 以看 出： 碳纳米管 的加入， 复合材 料的弹性模量 比基体材料有所提高 。 当碳 纳 米 管 的加 入 量 为 ０ ． ４ ％时 ， 平均弹性模量提高近 １ ５ ％。 弹 性模量 的大 小主要取 决于原子键 的结合强度 ［ ４ ， ｉ ｏ １ ， 由于碳 纳米 管具有极 高的弹性模量， 其弹性模量可达到 １ Ｔ Ｐ ａ ，与金刚石 相 当 。两 者 综 合 的效 果 使 得 复 合 材 料 弹 性 模 量 提 高 。 ２ ． ４ 碳纳米管对复合材料显微组织的影响 经过 ９ ５ ％ 的 乙二 醇 加 ５ ％的 硝 酸腐 蚀后 的 Ａ Ｚ ９ １ 和 复 合材 料 的金 相 组 织 。从 图中 明显 看 出 ： 复 合 材 料 的 晶粒 明显 小于 基 体 材 料 ＡＺ ９ １的晶粒 ，并且碳 纳米 管加入量越 多，晶粒越小 。但 是随 着碳纳米管加入量 的增加 ， 铸态组织 中碳纳米管在 晶界或界面 的 偏 聚 越 严 重 ， 晶界 因而 显 得 较 宽 。
镁基准晶中间合金对AZ91组织和性能的影响
Ｅ ｅｔ ｏ ｓｅ ｌｙ ｏ ａｉｒ ｓ ｌ ｏ ｔｉｉｇＭａ ｎ ｓ ｍ ｄｔ ｎ ｎ ｆ ｃｓ ｆ Ｍａ ｔｒＡｌ ｆ ｏ Ｑｕ ｓ ｙ ｔ ｎａｎｎ ｇ ｅｉ Ａｄ ｉ ｏ ｓｏ ｃ ａ Ｃ ｕ ｉ
镁基 准 晶 中 间合 金对 Ａ ９ 组 织和 性 能 的影 响 Ｚ １
裴利霞 ， 张金山， 许春香 ， 王晓明 ， 周翠兰 ， 梁 伟
（ 太原理工大学材料科学与工程学院， 山西 太原 ００２ ） ３０４
摘 要 ： 究了 研 镁基 准晶 中间舍金 和 固溶 处理 工艺对 Ａ ９ 合 金 显微 组织 和力 学性 能的影 响。姑 果表 Ｚ１
ｔｅ ｉｓ
自１８ 年在 Ａ — ｎ合金 中首 次发现准晶 以 ９２ Ｉ Ｍ 来… ， 在铝基 ， 基以及其他合 金系 中相继 发现 了 镁
很多种类 的准晶相。准晶是一种不 同于晶体和非 晶 体的长程固态有序相 ， 主要特点是非晶体学旋转 其 对称 （ 、 、 、２次对称 ） 以及 长程准周期性 。 ５８ １ １ ０ ， Ｊ 准晶因其独特的电子排布而具有特殊的物理性能和
导热性 、 电磁屏蔽 陛能 、 高的比强度、 比刚度、 减震性 、
加工工艺性能和易回收 、 有利于环保等特性 ， 因此早 已引起航空工业和汽车工业的注意。Ａ ９ 镁合金是 ｚ１ 目 前使用最广泛的一种铸造镁合金 ， 它具有较高的室 温强度 ， 良的铸造工艺性能和良好 的耐蚀性以及成 优
力学性能 ， 表面能 、 摩擦系数和热传导率低以及软化 温度高等特点； 主要的力学性 能是硬度 高， 最 耐磨
稀土及热处理对AZ91D镁合金组织与性能影响
稀土及热处理对AZ91D镁合金组织与性能影响研究了稀土元素Y、Nd和Gd混合添加到AZ91D镁合金中，压铸件镁合金AZ91D的力学性能以及微观组织的影响，试验结果表明：随着稀土元素加入量的增加，AZ91D镁合金的抗拉强度和伸长率都有所提高，晶粒得到了明显的细化，但是过量的稀土元素又会使合金的力学性能下降。
当稀土元素的质量分数为3%时，稀土元素对镁合金的力学性能强化效果最好。
室温下最好的抗拉强度为260.5MPa，而经过固溶（T4）和时效（T6）热处理后，综合性能也得到了明显的提高，组织也得到了细化。
T4态最佳抗拉强度为282.99MPa，T6态最佳抗拉强度为270.33MPa，硬度得到了明显的提高，其中铸态下的最大硬度值为98HV。
由此可得知稀土元素可能提高AZ91D镁合金的力学性能。
标签：镁合金；稀土元素；力学性能；热处理doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.32.097镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有高比强度和比剛度、高减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，并且有优良的导热性和导电性，良好的尺寸稳定性等一系列优点。
因此在汽车、电子电器、航天航空和国防军事工业领域有着极其重要的应用价值和广阔的应用前景，是继钢铁和铝合金以后发展起来的金属结构材料，并被称之为“21世纪的绿色工程材料”。
其中AZ91D就是一种应用及其广泛的压铸镁合金，该合金的A代表铝，Z代表锌，“9”表示Al的含量为9%，“1”表示Zn的含量为1%左右。
D表示是第四种登记的具有标准组成的镁合金。
但目前的生产实际中还存在一些技术难点使得镁合金不能更加广泛的应用到汽车中，其中对于稀土镁合金的研究还存在许多不确定因素，因此对于稀土镁合金还需要相关技术人员通过不断的试验来完善相关领域。
本文以Mg-Gd合金作为基体，研究稀土元素Gd对镁合金微观组织和力学性能的影响，探索稀土元素Gd对AZ91D镁合金材料的性能影响，从而为镁合金在汽车领域中的广泛应用提高技术基础。
热处理对细晶AZ91D镁合金组织和性能的影响
中国铸造装备与技术6／20096结束语对国内外现有的耐热钢而言，要求在1200℃长时间带载工作，已远远超过了任何合金钢的本能，因此必须对还原罐化学成分、冶炼和铸造工艺进行调整和互补，采取合金强化和工艺化同时进行才能达到提高还原罐使用寿命和降低成本的要求。
如要大幅度提高还原罐使用寿命，降低成本，选取二种不同成分的适用于不同工作温度区间的耐热钢的方法是必须的也是可行的。
参考文献[1]李志华，戴永年.我国镁工业现状[J].昆明理工大学学报，2001，26：83～86.[2]李德臣.制镁还原罐的研制[J].铸造技术，2002（2）：124～128.[3]郭国文.一种新的炼镁还原罐结构[J].铸造，2001（7）：395～397.[4]肖纪美.不锈钢的金属学问题[M].北京：冶金工业出版社，l983，9：41-98.[5]黄乾尧等.高温合金[M].北京：冶金工业出版社，2000，4：10～39.[6]合金钢编写组.合金钢[M].北京：机械工业出版社，1978，9：210-225.20世纪90年代以来，镁合金在世界汽车工业中的应用以每年约20%的速度增长，其中又以AZ 和AM 两个Mg-Al 系铸造镁合金的应用最为广泛[1，2]。
AZ91D 镁合金是开发最早、应用最广的商用镁合金之一。
已有的研究表明[3-5]，该合金可进行热处理强化，但其组织对热处理敏感，通过均匀化退火或固溶可使AZ91D 镁合金组织中的β-Mg 17Al 12相发生数量、形态上的改变，或者利用时效处理使β-Mg 17Al 12热处理对细晶AZ91D 镁合金组织和性能的影响Effects of Heat Treatment on Structure and Mechanics Propertiesof AZ91D Mg Alloys with Fine-Grain王瑞权陈体军马颖（兰州理工大学材料科学与工程学院，兰州730050）摘要：采用MEF-3金相显微镜、JSM-6700F 扫描电镜、EMPA-1600电子探针以及WDW-100D 型电子万能实验机等，对经Al-Ti-B 细化处理的AZ91D 镁合金铸态组织及固溶-时效态的显微组织和力学性能进行了观察和分析。
Y、Sr和Zr对Mg-1%Si镁合金组织的细化作用
第一章绪论镁是一种银白色的轻质碱金属，化学性质活泼，具有一定的延展性和热消散性。
镁元素在自然界中分布较广，同时也是人体的必需元素之一。
镁元素在地壳中占其总重量的2.00%，居第八位。
镁主要用于制造轻金属合金即镁合金。
镁合金是以镁为基加入其他元素而组成的合金。
镁合金具有密度小，绿色无污染，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力大，耐有机物和碱的腐蚀性好，防电磁屏蔽性，高散热性，阻尼性能好，成型性好，易切削加工、铸造，导电导热性和磁屏蔽性能优良，以及在受到冲击或摩擦时表面不产生火花等特性。
镁合金是目前最轻的金属结构材料和21世纪绿色环保材料。
因此，被广泛用于交通工具、IT 产业、武器装备、航空航天等领域。
由于人们对产品质量轻化的要求，使得镁及其合金的使用量逐年上升。
从20 世纪90 年代开始,镁合金的使用量年增长率在15 %～20 %。
国内外镁产业动向表明，发达国家在新型镁合金研发、制备和加工、腐蚀与防护以及镁产业的环境问题等方面投入巨大人力和资金。
Y、Sr、Zr是镁合金有效的晶粒细化剂，除了含Al、Mn、Si等镁合金外（Y、Sr、Zr会与Al、Si或者Mn反应而沉淀），镁合金中一般都添加Y、Si、和Zr来细化晶粒，同时减小热裂倾向，提高合金的强度、塑性和抗蠕变性；此外，添加Y、Sr、Zr也可以改善合金的耐蚀性。
1.1 镁合金的表示方法、分类美国材料协会按如下方式对镁合金的命名进行了规定,第一、第二位由两个大写的英文字母给出,分别表示镁合金中的最多的两位合金元素,第三、第四位由阿拉伯数字给出,分别表示这两种最多元素的百分含量。
目前常用的压铸镁合金大多是美国牌号,主要有5个系列:AZ系 (Mg-Al-Zn-Mn);AM系(Mg-Al-Mn);AS系(Mg-Al-Si);AE 系 (Mg-Al-RE)和快速凝固镁合金。
(1)AZ系合金AZ系合金一般指AZ91系列合金,它具有均衡的力学性能、铸造性能和耐蚀性。
合金元素对AZ91镁合金组织和性能影响的研究进展
１０ 时，晶界上网状的 Ｍ ｌ 化合物易软化 和粗 ２￣ Ｃ ｇＡ ７ ： 化， 不能有效钉扎晶界 ， 从而导致 晶界滑动 ， 使合金 的力学性能大幅度下降，无法满足有高温性能要求 的零 部 件 ， 限制 了其应用 范 围 。因此 ， 如何 提高 Ａ ９ Ｚ１
２ 李元东 ， ｌ 郝远 ， 阎峰云 ， Ａ ９ Ｄ镁合金半 固态等温热处理 中的 等．Ｚ １ 组织演变［ ． Ｊ 中国有 色金属学报 ，０ １ ｌ（ ） ７— ７ ． 】 ２ ０ ，Ｉ４ ： １ ５ ５ ５
２ 周全 ， 院生 ， ２ 杨 唐军立 ， 直流 电作用下 Ａ ９ Ｄ镁合金半 固态等 等． Ｚ１
一
现代工业对 产品提 出了轻量化 和高强化 的要 求， 对具有优 良综合性能的 Ｍ —Ａ 系镁合金的需求 ｇ １
越来 越大 。 尤其牌 号 为 Ａ ９ Ｚ １的合金具 有优 良的铸造
工艺性能和较高的室温抗拉强度 ， 且价格便宜 ， 因而
应用 最为广 泛 。 而 Ａ 大 的 一 １ 以离 异共 晶 的方 式沿 晶界 析 ＭｇＡ 相
２ ＪＡＮＧ ｕｕ， ７ Ｉ Ｊ ｆ ＬＵＯ ｈ ｕｎ ＺＨＯＵ ｉ ｇ ｉｎ ．ｒｐ ａｉｎ ｏ ９１ Ｓ ｏ ｉｇ， Ｊｎ ｘａ ｇＰ ｅ ａ ｔｏ ｆＡＺ Ｄ ｒ
ｍａ ｎ ｓｕ ａｌｙ ｓｍｉ ｓｌｄｂｌｅ ｙｎ ｗ ｓｒｉ ｎ ｕ ｅ ｌ ｃｉ ｇ ｅ ｉｍ ｌｏ ｅ － ｏｉ ｉｌｔｂ ｅ ｔａｎ ｉｄ ｃ ｄ ｍｅｔ ｔ－ ａ
合金元素对 ＡＺ １ ９ 镁合金 组 织 和 性 能 影 响 的研 究进 展
Ｐｒ ｇ ｅ ｓｉ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅＥｆｅ ｔ ｆ ｌｙ ｎ ｅ ｎ ｓｏ ｈ ｏ ｒ ｓ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｆ ｃ ｏ ｉ ｇＥｌｍｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｎ ｈ ｏ Ａｌ Ｓ ｒ ｃｕ ｅ ｎ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｓａ ｄ Ｐｒ ｐ ｒｉ ｆ ｅ ＡＺ９ ａ ｎ ｓｕ Ａｌ ｙ １Ｍ ｇ ｅ ｉ ｍ ｌ ｓ ｏ
热处理对AZ91D及AZ71镁合金组织及力学性能的影响
本实验采用的材料为 ＡＺ９１Ｄ 和 ＡＺ７１镁合金，其成分见 表 １（质 量 分 数／％ ）。
采用 ＡＺ９１Ｄ 和 ＡＺ７１ 两 种 材 料 浇 铸 的 冲 击 试 棒 各 ６０ 根，将其分 为 ６ 组 分 别 在 室 温、１５０℃、２３５℃、３００℃、３７５℃、 ４００℃恒温热处理２ｈ，然 后 在 空 气 中 冷 却 至 室 温。 热 处 理 设 备选用 ＳＲＪ×４５ 型箱式电阻炉和 ＤＷＫ２７０２ 型温控仪。
材料
ＡＺ９１Ｄ
ＡＺ７１
Ａｌ Ｚｎ
８．６ ０．５３
７．１ ０．５１
Ｍｎ
０．２０ ０．２１Ｃｕ＜０．０１＜０．０１
Ｆｅ
＜０．００５
＜０．００５
Ｎｉ Ｓｉ 杂质 Ｍｇ
＜０．００１ ＜０．０１ ＜０．３
余量
＜０．００１ ＜０．０１ ＜０．３
余量
２ 结 果 与 讨 论
２．１ 热 处 理 对 显 微 组 织 的 影 响 图 １ 为 合 金 中 第 二 相 含 量 与 热 处 理 温 度 的 关 系 曲 线。
关 键 词 镁合金 热处理 β相 力学性能
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＡＺ９１Ｄａｎｄ ＡＺ７１ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ａｌｌｏｙｓ
ＴＩＡＮ Ｚｈｅｎｇｊｕｎ，ＷＥＩ Ｙｉｎｇｈｕｉ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｔｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４）
· ４９０ ·
材料导报
２０１１ 年 １１ 月 第 ２５ 卷 专 辑 １８
部分固溶处理对AZ91D镁合金微观组织及力学性能的影响
部分固溶处理对AZ91D镁合金微观组织及力学性能的影响马颖;董海荣;张玉福;王永欣【摘要】对AZ91D镁合金进行部分固溶处理,研究其热处理后的组织和性能.结果表明:温度较低时,合金的性能随时间变化不明显.升高温度,硬度随时间延长逐渐降低,而抗拉强度和延伸率逐渐增加.当保温时间一定时,硬度随温度的升高逐渐降低,抗拉强度和延伸率则逐渐增加.部分固溶处理后,晶界处硬脆相β-Mg17Al12部分溶入基体,同时由原来的网状分布变成岛状分布.硬脆相的减少,使得合金的硬度有所下降,但高于完全固溶处理后的硬度,而硬脆相形态的改变,又提高了材料的抗拉强度和延伸率.升高温度或延长保温时间,合金的脆性断裂倾向减小,拉伸断口呈现出较多的韧窝,对大幅度提高合金的力学性能极为有利.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2015(041)006【总页数】5页(P1-5)【关键词】AZ91D镁合金;β-Mg17Al12相;部分固溶处理;力学性能【作者】马颖;董海荣;张玉福;王永欣【作者单位】兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TG146镁合金因其良好的铸造性、切削加工性、轻质及能量衰减系数大等特点而被应用于汽车、航空、家电、通讯等领域[1-6].但是由于镁合金的铸态组织中存在严重的枝晶偏析，而且晶界上分布有粗大的非平衡共晶组织，从而限制了镁合金的应用.根据文献[7~11]，树枝晶状处分布的粗大网状硬脆相β-Mg17Al12是影响AZ91D镁合金力学性能的重要因素.如果将β-Mg17Al12相网状分布状态打破，则可以在提高材料强度的同时，提高材料的延展性.传统热处理工艺利用时效强化提高AZ91D镁合金力学性能时所需温度较高，周期较长，工序复杂(固溶处理+人工时效).如果可以在较低的温度下和较短的处理时间内打碎网状分布的硬脆β-Mg17Al12相，同时又不使晶粒发生明显的粗化，则同样可以达到提高材料力学性能的目的[12-13].基于此，本文设计了部分固溶处理的工艺对AZ91D镁合金进行热处理，研究其对合金微观组织及力学性能的影响.相对于常规固溶处理，该工艺降低了保温温度，并且缩短了保温时间，以期达到改善性价比的目的.实验选用商用AZ91D镁合金，其名义化学成分如表1所示.将合金在GDJX-0405型电阻炉中进行重熔、精炼 (精炼剂选用C2Cl6，精炼温度控制在740～760 ℃)，然后将熔体在金属型模具中浇铸成φ70 mm×160 mm的圆棒料，经机加工、线切割，制成φ14 mm×110 mm的圆棒状坯料.圆棒状坯料再加工成2种试样：一种为φ14 mm×10 mm的圆片，另一种根据国家标准(GB/T 228—2002)机加工成拉伸试样.试样的热处理温度分别为350、365、380、395、410 ℃,热处理时间分别为1、2、3、4 h.热处理设备选用SRJ×45型箱式电阻炉和DWK-702型温控仪；分别取铸态、部分固溶态试样，抛光后用2%的酒石酸水溶液腐蚀，在MEF-3型光学金相显微镜、JSM-6700F型扫描电镜下观察其微观组织及断口形貌；用HBRVU-187.5布洛维硬度计检测其宏观硬度；在WDW-100D微机控制电子式万能力学试验机上检测不同热处理状态下的拉伸性能.AZ91D镁合金铸态金相显微组织如图1a所示，其显微组织主要由基体α-Mg 和断续分布在晶界处的β-Mg17Al12相组成.由于合金在非平衡条件下凝固，α-Mg晶粒为粗大的树枝晶，晶界上不连续分布着网状的共晶组织(α-Mg+β-Mg17Al12)，这种离异共晶组织的力学性能较差，表现为脆性.图1b为AZ91D镁合金晶界处β-Mg17Al12相在SEM下的组织形貌，从图中可以看出，晶界处的β-Mg17Al12相有2种形态：粗大的板条状和细小的层片状.在合金受外力时，晶界处脆性的β-Mg17Al12相经常成为裂纹源，大大降低了合金的力学性能.随部分固溶处理条件的变化，合金显微组织形貌演变如图2所示，从图中可以看出：固溶处理温度相同时，延长保温时间，晶界处网状的β-Mg17Al12相溶入基体越来越多(如图2a、f)；当固溶时间分别为1、4 h时，随着温度的升高，溶入基体的β-Mg17Al12相均越来越多(分别如图2a~e及图2f~h).其中温度较低时，即小于AZ91D镁合金固溶线温度(约为370 ℃)时，β-Mg17Al12相仍然以粗大网状树枝晶形态分布在基体α相周围，与铸态相比，变化不大(如图2a、b、f).而在接近固溶线温度或高于固溶线温度时，较多的β-Mg17Al12相溶入基体，只剩一小部分呈细小的块状分散地分布在晶界处(如图2c~e、g)、甚至基本消失(如图2h)；与380 ℃×1 h、395 ℃×1 h时相比，380 ℃×4 h 时块状的β-Mg17Al12相更加细小，分布得比较弥散，对合金力学性能贡献更大.表2反映了不同热处理状态下，3个对照组里AZ91D镁合金力学性能的变化情形.表2中的数据显示，合金在415 ℃×24 h固溶处理及在415 ℃×24 h与200 ℃×16 h固溶时效处理时可获得最佳的力学性能.固溶处理时由于硬脆相β-Mg17Al12的溶解，使AZ91D镁合金硬度下降，抗拉强度和延伸率提高.固溶时效处理后，由于β-Mg17Al12相以新的形态再次在晶界或晶内析出，使合金的硬度和抗拉强度得到大幅度提高，但同时延伸率有所下降.AZ91D镁合金部分固溶热处理后维氏硬度的变化情况如图3所示，可以看出，合金硬度随保温温度的提高呈下降的趋势.其中当保温温度低于固溶线温度时，原子扩散较慢，硬质相β-Mg17Al12溶入基体的速度较慢，硬度改变较小(图3中a、b线).而达到固溶线温度后，原子扩散加快，固溶过程开始，硬质相β-Mg17Al12溶解速度加快，使得材料宏观硬度下降趋势加快(图3中c、d、e线)；合金硬度随保温时间的变化较随保温温度变化更加明显，其中410 ℃时硬度随时间的下降趋势明显大于350、365 ℃时.可见，保温温度在固溶线温度以下时，原子扩散驱动力小，硬质相消失慢，合金硬度的下降趋势较缓.而当保温温度高于固溶线温度后，原子扩散驱动力增大，硬质相溶解快，从而使合金硬度的下降趋势较快.尤其图3还表明，部分固溶处理后合金的硬度都高于完全固溶后的硬度(52 HV).图4为部分固溶热处理后AZ91D镁合金抗拉强度的变化情况.从图中可以看出，较低温度350 ℃时，合金抗拉强度随时间的延长变化不明显.较高温度410 ℃时，抗拉强度随时间的延长不断增大，但2 h后增加趋势明显变缓.而中间温度380 ℃时，抗拉强度不断增加，保温4 h后达到最大值201 MPa.该值与铸态相比提高了14.2%，与完全固溶处理和固溶时效处理相比，也相差不大.可见，低温时，硬脆相β-Mg17Al12的消失过程缓慢，合金强度变化不明显.高温时，固溶过程开始后，硬脆相β-Mg17Al12迅速溶入基体，使得合金在改善脆性断裂的同时，也进一步软化，因而强度提高的趋势明显减缓.中间温度、380 ℃时，在4 h的保温过程中，硬脆相消失对抗拉强度增加的促进作用始终大于合金软化对抗拉强度减少的作用，从而使得抗拉强度持续增加.硬脆相的消失，有助于材料延伸率的提高，如图5所示.从图中可以看出，较低固溶处理温度时(如图5中a线)，合金的延伸率随时间变化不明显.升高温度，延伸率随时间的延长逐渐增大，特别是在固溶线温度以上时，这种增大趋势更加明显(如图5中c、d、e线).这是因为温度较高时，原子扩散过程加剧，硬脆相β-Mg17Al12溶入基体的速度加快.部分固溶处理380 ℃×4 h后合金的延伸率达到5%，相对铸态提高了67%，低于完全固溶态的，但高于固溶时效态的.综合以上力学性能的变化，可以得出部分固溶处理(380 ℃×4 h)后，AZ91D镁合金获得较好的力学性能.AZ91D镁合金部分固溶处理后试样的拉伸断口形貌如6所示.比较图6a、b可知，相同保温时间1 h下，与350 ℃相比，380 ℃时试样拉伸断口出现了较多的韧窝，合金的脆性断裂倾向有所减小，从而使得合金的抗拉强度、延伸率增加.这是由于温度提高后β-Mg17Al12溶入基体的速度加快所造成的.而比较图6b、c可知，380 ℃的相同保温温度下，与保温1 h相比，保温4 h时试样拉伸断口不仅出现了更多的韧窝，且韧窝较大，合金的脆性断裂倾向也减小，故合金的抗拉强度、延伸率也增加.这是由于随着保温时间的延长，硬脆相消失所致.1) 部分固溶热处理利用原子扩散，使得AZ91D镁合金晶界处的硬脆相β-Mg17Al12这一薄弱部分逐步消失，并改变了其原有的网状分布成为岛状分布.硬脆相薄弱部分的消失虽使得合金硬度有所下降，但残留的岛状分布的硬脆相仍然可以对合金的硬度有所贡献.硬脆相分布形态的改变同时也提高了合金的强度和延伸率.2) 温度较低时，合金的力学性能随时间变化不明显，升高温度，硬度随时间延长逐渐下降，抗拉强度和延伸率均逐渐增加，尤其当温度高于固溶线温度时，这种变化趋势更加明显.当时间一定时，硬度随温度的升高逐渐下降，抗拉强度和延伸率则逐渐增加.其中部分固溶处理380 ℃×4 h后合金可获得较好的力学性能，其硬度高于完全固溶态，抗拉强度和延伸率较铸态分别提高14.2%、67%.3) 升高温度或延长时间，合金的脆性断裂倾向减小，拉伸断口呈现出较多的韧窝，这对大幅度提高合金的力学性能极为有利.4) 与传统热处理工艺相比，部分固溶处理后，AZ91D镁合金的硬度和延伸率处于T4与T61之间，同时抗拉强度相差不大.在对材料性能要求不是很严苛的情况下，部分固溶处理工艺可以大大降低能耗、缩短生产周期，从而降低工业生产成本、提高生产效率.【相关文献】[1] BAGHNI I M,WU Y S,Li J Q,et al.Mechanical properties and potential applications of magnesium alloys [J].Transactions-Nonferrous Metals Society of China,2003,13(6):1253-1259.[2] CHEN Q,ZHAO Z X,SHU D Y,et al.Microstructure and mechanical properties of AZ91D magnesium alloy prepared by compound extrusion [J].Materials Science and Engineering A,2011,528(10):6694-6701.[3] 马跃洲,杨亮,王鹏,等.镁合金微弧氧化过程控制与监测系统 [J].兰州理工大学学报,2012,38(3):26-29.[4] WANG Y D,WU G H,LIU W C,et al.Influence of heat treatment on microstructures and mechanical properties of gravity cast Mg-4.2Zn-1.5RE-0.7Zr magnesium alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2013,23(12):3611-3620.[5] ZHAO H,LI P J,HE L J.Microstructure and mechanical properties of an asymmetric twin-roll cast AZ31 magnesium alloy strip [J].Journal of Materials Processing Technology,2012,212(8):1670-1675.[6] MIAO Q,HU L X,WANG G J,et al.Fabrication of excellent mechanical properties AZ31 magnesium alloy sheets by conventional rolling and subsequent annealing [J].Materials Science and Engineering A,2011,528(22):3930-3934.[7] 王自启,曹晓卿,郭继祥,等.AZ31镁合金板材在热处理中组织和性能的演变 [J].新技术新工艺,2011,36(4):65-67.[8] 张金玲,王国军,刘璐,等.T4与T6热处理对AM60-0.3Nd镁合金组织和力学性能的影响 [J].材料热处理学报,2011,32(5):116-120.[9] 杨连福.热处理工艺对AZ91镁合金组织与性能的影响 [J].铸造技术,2014,35(10):2268-2270.[10] 于宝义,李琦,李润霞,等.热处理工艺对镁合金型材的组织及性能的影响 [J].热加工工艺,2012,41(10):191-193.[11] 黄晓锋,刘玉凤,李兴鹏,等.Zr添加量对Mg-6Zn镁合金组织的影响 [J].兰州理工大学学报,2015,41(1):11-14.[12] WANG Y,LIU G,FAN Z.Microstructural evolution of rheo-diecast AZ91D magnesium alloy during heat treatment [J].Acta Materialia,2006,54(3):689-699.[13] 赵成志，李增贝,张贺新，等.Mg/Al液固双金属复合材料的界面及相组成 [J].哈尔滨工程大学学报,2014,35(11):1446-1450.。
Sr对AZ91镁合金时效行为的影响
４０８ ； １ ０ ２
摘 要 ： 用光 学 显微 镜 、 描 电 子 显 微 镜 和 布 氏 硬 度 计 等 分 析 测 试 手 段 研 究 了 Ｓ 采 扫 ｒ
（ ） Ａ ９ 合 金 时效行 为 的影响 ． 果表 明 ： 加 Ｓ 会 降低 Ａ ９ 金 的析 出动 力 ， 制 锶 对 Ｚ１ 结 添 ｒ Ｚ １合 抑
ｃｐｔｔ ｎｏ ｈ ｈ ｓ ．Ａｎ ｉｉ ｉ ｆｔ ｅ Ｇ ｐ ａ ｅ ａｏ ｄ，ｗｉｈ ｔｅ ｉｃｅ ｓ ｆＳ ｏ ｔｎ ，ｔ ｅｓ ｐ ｒｓｉｎ ｏ ｈ ｇｎ ｒ ｃｓｅ ｆｔ ｅ ｔ ｈ ｎ ｒａ ｅ ｏ ｒｃ ｎ ｅ ｔ ｈ ｕ ｐ ｅｓｏ ｆｔ ｅａ ｉｇ ｐ ｏ ｅｓｓｏ ｈ
固溶 和 Ａｈ ｒ高熔点 相存 在 于 晶界 是 Ｂ相 非连 续 析 出受到抑 制 的 主要 因素 ． Ｓ 时效峰 值 态 时 ，
Ａ ｇ － ．Ｓ 合 金 的 室 、 温 力 学性 能 皆 优 于 原 Ａ ９ Ｚ ｌ０２ｒ 高 Ｚ １合 金 ．
关键 词 ： Ｚ １合金 ； Ａ９ 添加 Ｓ ； ｒ 时效行 为 ； 显微 组 织 ； 学性 能 力
ａｌ ｙ ｗｉｈ Ｓ ｄ ｉ ｏ ｅａ ｅ ｏ ９ ｈ ｏ ０ ａ ｅ ．Ｔｈ ｒｓ ｌ ｔ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔｉ ｈ — ｇ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｉ ｅ ｃ ｆ ｌ ｔ ｒａ ｄｔ ｎ ｉ ｄ ｌｙ ｄ ｔ ０ ｒ １ ｈ ｌｔ ｒ ｏ ｉ Ｓ １ ｅ Ｓ ｏ ｕ ｉ ｏ ｔｎ ｔ ｅ ａ Ｍ ｎ ｈ ｘ ｓ ｎ ｅｏ ｏ ｎ ｔ ｔ ｅ ｈ ｇ ｒ ｉ ｏ ｎ ａ ｉｓａ ｅ ｔ ｅｍａ ｎ ｒ ａ ｎ ｏ ｈ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ｆｔ ｅｄ ｓ ｏ ｔ ・ ｈ ｉ ｈ． ｔｎ ｏｎ Ｓ ｈ ｓ ｔ ａｎ ｂ ｕ ｄ ｒｅ ｒ ｈ ｉ ｅ ｓ ｓｆ ｒｔ ｅｓ ｐ ｒ ｓ ｉ ｎ ｏ ｈ ｉ ｎ ｉ － ｍｅ Ｍ ｇ ｏ ｃ ｎ
Sr、Mn对含铁AZ91镁合金组织与性能的影响的开题报告
Sr、Mn对含铁AZ91镁合金组织与性能的影响的开题报告
一、选题背景
镁合金由于其低密度、高比强度、良好的耐热性和可回收利用等特点，被广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
然而，由于其本身的缺陷，如低的塑性变形能力和相对脆性等，制约了其进一步的应用和开发。
为了改善镁合金的力学性能和稳定性能，研究者们常常采用合金化方法，其中Sr和Mn是常用的强化元素。
二、研究目的
本研究旨在探究Sr和Mn对AZ91镁合金力学性能和组织的影响，为其在工业中的应用提供理论基础。
三、研究内容
（1）合金试样的制备：采用真空熔炼-铸造法制备不同含Sr、Mn元素的AZ91合金试样，并进行TEM、XRD等分析；
（2）力学性能测试：采用万能试验机测试AZ91合金试样的拉伸性能、硬度等力学性能；
（3）显微组织表征：采用金相显微镜、扫描电镜等分析AZ91合金试样的晶体结构、晶粒尺寸、相的分布等组织特征；
（4）相关分析：对实验数据进行统计分析，探究Sr和Mn对AZ91镁合金力学性能和组织的影响，并得出相关结论。
四、研究意义
本研究对深入理解Sr和Mn对AZ91镁合金组织和性能的影响，为镁合金的进一步开发和应用提供理论依据。
同时，为合金设计者提供组合合金设计的思路和方向，以获得更高的性能和更广的应用前景。
热挤压镁合金AZ91的微观组织及其力学行为
此， 镁合 金 在航 空 、 车和 电子 通讯工 业 中得 到 日 汽
益广泛 的 应 用 ｌ 】但 是 ， 合 金 为 密 排 六 方 结 ｌ ． 镁
构 ， 立 滑 移 系 比较 少 ， 独 故镁 合 金 的 室 温 塑 性 较
１ 实 验 材 料 和 方 法
后上机 挤 压 ， 终 挤 压 成 直径 为 １ 最 ２ ｍｍ 的棒 材 ． 挤压参 数 如下 ： 口速 率 ２ ｍｉ， 压温 度 出 ～３ｍ／ ｎ 挤
更便于连续化பைடு நூலகம் 自动化 ． 般 认 为 ， 形 镁 合金 之 一 变
所以 比铸造 镁 合 金性 能 好 ， 因 为热 变 形 后组 织 是
高挤 压 态 镁 合 金 Ａ ９ 的室 温 抗 拉 强 度； Ｚ１ 在 １ ０℃拉 伸时 ， Ｔ ５ 经 ４处理 的 ＡＺ １合 金表 现 出最 ９
高 的抗 拉强 度 ， Ｔ５处 理 的 合 金 的抗 拉 强度 最 低 ，
拉 伸试 样是 从 ＡＺ １ 合 金 挤 压 棒材 上 直接 ９镁 切 取 的， 其轴 向平行 于挤 压方 向 ， 试样 的几 何尺 寸
断 口形貌 ， 并探 讨了其拉伸断裂机制 ． 关 键 词： 热挤 压 ； 镁合金 ；微观组织 ；力学性 能 ；断裂机 制 文献 标识码 ： Ａ 中图分类号 ： ４ ． ＴＧ１６ ２
Ｍ ｉ ｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌｂ ｈａ ｉ ｒ ｏ ｏ ． ｘ ｒ ｄ ｄ ｃ Ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎｄ ｍ ｃ ａ ｉ ａ ｅ ｖ ｏ ｆ ｈ ｔｅ ｔ ｕ ｅ ｍ ａ ｎｅ ｉ ｍ ｌｏ ｇ ｓｕ ａ ｌ ｙ ＡＺ９１
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｆｅ ｔ ｆｔｓ ｅ ｅ ａｕ ｅａ ｄ ｈ ａ ｒａ ｍｅ ｔ ｎ ｔ ｅｍｅ ｈ ｎｃ ｌｐｏ ｅ ｔ ｓｏ ｏ —ｘ ｒ ｄ ｄ ｅｅｆｃｓｏ ｅ ｔｔｍｐ ｒｔ ｒ ｎ ｅ ｔｔｅ ｔ ｎ ｈ ｃ ａ ｉ ｒ ｐ ｒｉ ｆｈ ｔｅ ｔｕ ｅ ｏ ａ ｅ
镁合金的阻燃性
镁合金的阻燃性1. 阻燃性问题镁及镁合金由于具有高的比强度、比刚度以及减震性、电磁屏蔽能力强，易切削加工，易回收等一系列优点，因而在汽车、电子、航天航空等领域得到了广泛应用。
但镁的化学活性很强，在高温时易氧化燃烧，这就导致镁合金的熔炼和加工十分困难。
因而有必要寻找一种经济、实用、无污染的镁和金熔炼保护方法以防止镁合金生产过程中的氧化燃烧问题。
目前较为成熟的镁合金阻燃方法有熔剂保护法和气体保护法，但这两种方法在应用过程中存在着熔剂夹杂、污染环境以及设备复杂等缺点。
20世纪50年代人们提出了合金化阻燃的想法，即通过向镁合金中添加合金元素，使其在熔炼过程中自动生成保护性氧化膜，从而阻止镁合金的进一步氧化燃烧。
到目前为止，关于合金化阻燃方法的研究主要集中在Ca、Be和RE等几种元素上。
2. 含Ca 阻燃镁合金的研究现状日本较早研究了加Ca 的阻燃镁合金，日本九州国家工业研究所的Sakamoto 和九州大学的Fukuoka 等人研究了Mg-Ca 二元合金的阻燃情况。
他们通过测定Mg-Ca 合金在加热升温过程中的起燃温度（出现第一个起燃点时的温度）发现：加入1%Ca能提高燃点250C，但金属镁的氧化膜表面粗糙不能阻止进一步的氧化；对于加入5%Ca的镁合金，其氧化膜即使在970C的大气中暴露60min，氧化膜仍很薄，表面光滑均匀。
同时，他们的研究还表明，在Mg-Ca 合金表面生成的表面氧化膜是一种双层结构，这种双层结构的外层为致密的CaO 层，其厚度不随氧化时间而增加；内层是CaO和MgO的疏松混合层，随氧化时间的增加其厚度增加。
这种氧化膜能阻止外界气氛中的氧向Mg 液中渗入并同时阻止Mg 液的挥发，从而提高了燃点。
日本东京工艺学院的Cha ng等用挤压铸造加工出了加Ca阻燃、加Zr细化的镁铸件，研究了Ca和Zr对组织和性能的影响，证明同时加入Ca和Zr能有效的起到防燃作用，且Ca能提高Zr在镁合金中的溶解度而强化细化效果。
合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的影响的开题报告
合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的影响的开题报告题目：合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的影响一、研究背景AZ91D镁合金是一种具有良好力学性能和耐腐蚀性能的轻质结构材料。
但其远不能满足高强度、高韧性和高耐腐蚀性的需求。
因此，通过添加合适的合金元素，可以改善AZ91D镁合金的力学性能、耐蚀性能以及热处理工艺性能。
二、研究内容本研究将从以下方面进行探究：1.合金元素对AZ91D镁合金组织的影响；2.合金元素对AZ91D镁合金力学性能的影响；3.合金元素对AZ91D镁合金耐蚀性能的影响；4.合金元素对AZ91D镁合金热处理工艺性能的影响；5.研究添加不同种类、不同比例的合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的综合影响。
三、研究意义研究不同合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的影响，可以为优化合金配方、提高AZ91D镁合金的力学性能、耐腐蚀性能以及热处理工艺性能提供重要的理论依据和实验参考。
四、研究方法本研究将采用以下方法进行研究：1.选择合适的合金元素及比例，制备不同种类的AZ91D镁合金试样；2.通过金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段，分析试样的组织结构、晶粒尺寸和相成分；3.通过拉伸强度、屈服强度、伸长率等手段，测试试样的力学性能；4.通过压缩测试、耐蚀性测试等手段，分析试样的耐腐蚀性能；5.对合金元素对AZ91D镁合金的热处理工艺性能的影响进行研究。
五、预期结果通过本次研究，预期可以得到以下结果：1.不同合金元素对AZ91D镁合金组织的影响规律；2.不同合金元素对AZ91D镁合金力学性能的影响规律；3.不同合金元素对AZ91D镁合金耐蚀性能的影响规律；4.不同合金元素对AZ91D镁合金热处理工艺性能的影响规律；5.可以得出最优合金元素配方，以提高AZ91D镁合金的力学性能、耐腐蚀性能以及热处理工艺性能。
六、结论通过本次研究，可以为优化AZ91D镁合金的组织和性能提供理论参考和实验基础，为进一步推广和应用AZ91D镁合金提供科学依据。
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提高AZ91镁合金强度的措施1 前言AZ91镁合金具有良好的铸造性能和综合力学性能，已成为目前镁合金领域研究和应用的重点。
然而，对于实际结构件的应用要求，其仍存在室温及高温性能不够优异及耐蚀性差等缺点，从而使其在汽车和航空等领域的轻量化应用受到很大程度的限制[1]。
为此，研究者针对AZ91合金做了大量的合金化改性工作。
已有研究表明[2-3]：合金中添加混合稀土(RE)、Sb、Th和Ag等元素，可在一定程度上改善AZ91镁合金的室温和高温性能及蠕变性能。
但该类合金化元素普遍昂贵，开发出合金的成本较高。
碱土元素价格低廉，且其在镁合金合金化过程中具有细化组织、生成高熔点强化相等优良特性，成为近年来国内外开发低成本、高性能镁合金的研究热点[4-5]。
汤彬[6]等已研究了Ca和Sr复合合金化及不同Al含量对镁铝系合金组织和性能的影响，目前已研究了Ca和Sr复合合金化及不同Al含量对镁铝系合金组织和性能的影响，结果表明：Ca可提高合金的耐热性，但合金的抗热裂性却大幅降低；Sr虽然可对加Ca合金组织中块状析出物起到变质和修复等作用，但合金抗热裂性的改善却不明显；在加Ca和Sr的合金中降低Al含量虽然可以改善合金的耐热性，却使得高Al含量镁合金易于铸造的优势明显降低。
基于以上研究背景，本文作者拟选取AZ91合金为基体，单独添加碱土元素Sr，在镁合金易于铸造的前提下，研究了其对AZ91合金铸态和T6态组织和力学性能的影响规律，旨在为开发成本低、铸造性能好、综合力学性能优异的镁合金提供指导[7-10]。
2 Sr对AZ91镁合金组织及力学性能的影响白星、胡文俊[11]等人进行了实验研究，研究的合金成分如表1所列。
合金的主要原料为：镁(99.98%)、铝(99.6%)、锌(99.9%)、电解锰(95.0%)，锶以Al-10%Sr 中间合金的形式加入。
熔炼过程中采用RJ2号熔剂阻燃、精炼合金液。
合金在720℃下保温20min后浇注到250℃预热的金属模中。
T6处理在箱式电阻炉中进行，炉内温差为±2℃。
为防止试样氧化，将处理试样用铝箔包覆，埋于石墨粉中。
合金在410℃下固溶，保温20h后在25℃的水中淬火。
时效在180℃下进行，保温0~175h后出炉空冷。
将样品经打磨、抛光后用作组织分析，用4%硝酸酒精(硝酸4%，酒精96%，体积分数；腐蚀时间为10s)或苦味酸钠溶液(苦味酸1.5g，乙醇25mL，乙酸5mL，腐蚀时间15s)腐蚀。
利用Leitz−MM−6卧式金相显微镜和JEOL JSM−5600LV型扫描电子显微镜(SEM)分析合金的组织形貌，并用该扫描电子显微镜附带的能谱仪(EDS)对颗粒相进行成分分析。
采用HBRVU−187.5型布洛维光学硬度计测定合金的硬度。
使用WDW−E3200微机控制电子万能实验机测试合金的室温(25℃)和高温(175℃)力学性能，试样的标距尺寸为18mm×6mm×2mm。
物相分析使用德国SIEMENS D5000 X射线衍射仪，加速电压为30kV，电流为20mA，衍射靶为Cu Kα，步进扫描步长为0.02°，扫描范围为20°~90°。
2.1 Sr对AZ91合金铸态组织及力学性能的影响图1所示为不同Sr含量对AZ91合金显微组织的影响。
由图1可看出，AZ91合金的显微组织主要由呈白色的初生α-Mg相和晶界处深色网状连续分布的共晶相组成，该共晶组织具有典型的离异共晶特征(见图1(a))；当Sr含量为0.05%和0.1%时，合金的共晶组织被细化且其体积分数明显减少，共晶组织也由连续网状趋向离散分布(见图1(b)和(c))；当Sr含量增至0.2%和0.3%时，共晶体的体积分数没有明显变化(见图1(d)和(e))。
AZ91合金添加0.2%Sr后的XRD谱如图2所示。
分析得出，AZ91-0.2Sr合金中除了含有α-Mg 和β-Mg17Al12 两相外，组织中还出现了Al4Sr新相，但其峰强较弱。
对AZ91-0.2Sr合金的组织进行SEM和EDS分析，其结果如图3所示。
由图3可看出，A、B两处为α相和β相；C处存在一定量的Mn和Al，其为AlMn相；D处含有一定量的Sr(见图3(b))，结合XRD分析结果可知，该白色块状物为Al4Sr相。
Sr是表面活性元素，在合金的凝固过程中一般偏聚在固/液界面前沿，其生长限制因子(GRF)值为3.51，因此，Sr能阻碍晶粒生长，细化共晶组织。
查文献可知，在相同的冷却条件下，Sr可使合金凝固过程的过冷度减小。
过冷度的减小也意味着合金组织的细化。
Sr在基体Mg中的溶解度仅为0.11%，且在基体中固溶的Al原子会使Sr的固溶度更低。
研究Mg-Al-Sr合金的微观组织得出，当w(Sr)/w(Al)值低于0.3时，合金中主要存在Al4Sr相。
对22种Mg-Al-Sr系合金的研究结果可以认定，当Sr含量在0.3%以内时，固溶后多余的Sr与Al化合生成了Al4Sr相，而没有Mg-Al-Sr三元相。
由图3可知，Al4Sr相主要偏聚在晶界附近，形态呈多角块状和杆状，大小不一。
图4所示为不同Sr含量对AZ91合金室温和高温力学性能的影响。
由图4(a)可知，添加Sr总体上提高了AZ91合金的室温力学性能，当Sr含量为0.2%时，综合力学性能最优，其抗拉强度和伸长率分别增至210MPa和6.0%；随着Sr含量的变化，合金高温性能的变化趋势与室温下一致，AZ91-0.2Sr合金也具有最优的高温力学性能(见图4(b))。
固溶强化和二次相粒子的晶界强化是提高镁合金性能的主要措施。
在本研究的合金中，Sr和Al的固溶使晶格畸变程度增加，合金基体得到增强。
晶界上Al4Sr粒子相能增强基体和晶界相的约束，阻止位错在晶界上的扩展，特别是在高温情况下钉扎了晶界并阻止晶界处β相的滑移，最终增强了AZ91合金。
另外，Sr使枝晶得到了细化，晶间共晶体网状被打断且体积分数减少，均减弱了脆性共晶组织对基体的束缚作用，有利于进一步发挥基体的塑性，也使合金的强度增加；但随Sr含量的进一步增加，晶界附近会产生较多的Al4Sr硬脆相，由此增加了合金的脆性，降低了合金的韧性和强度(见图4)，AZ91-0.3Sr合金的抗拉强度和伸长率都有所的下降。
随着Sr含量的增加，AZ91镁合金强度和硬度均是先增大后减小。
w(Sr)由0逐渐增加到0.5%过程中，晶粒不断细化，脆性相Mg17Sr2较少，合金强度和硬度不断增大，但提高幅度不大。
当w(Sr)达到0.8%，合金中出现杆状Al4Sr脆性相，晶界上分布的脆性相增多，同时晶粒逐渐开始粗化，导致硬度和强度降低倾向性增大。
试样经固溶处理后,合金组织中晶界上大块状的共晶组织被打碎成细小片状、粒状共晶组织，随后时效过程中从基体中析出的化合物分布弥散、均匀，在一定程度上提高了合金的强度和硬度。
2.2 Sr对AZ91合金T6态组织及力学性能的影响图5所示为AZ91和AZ91-0.2Sr合金的硬度随时效时间的变化。
由图5可看出，AZ91-0.2Sr合金的硬度随时效时间的延长增加较慢，时效峰值出现的时间由AZ91的55h左右延迟到90h。
图6所示为AZ91和AZ91-0.2Sr合金时效初期(16h后)的金相组织。
由图6可看出，AZ91-0.2Sr合金晶界处β相的非连续析出在一定程度上受到了抑制。
镁铝合金的时效过程实际上是Mg17Al12相从过饱和固溶体中形核并长大的过程，这一过程受Al原子和Mg原子的扩散速度控制。
根据Fick扩散第二定律，扩散速度与溶质浓度成正比，即扩散速度随固溶体中溶质浓度的增加而增加。
对于本研究的AZ91和AZ91-0.2Sr合金来说：在固溶处理后AZ91合金中Al全部固溶到了基体中，而AZ91-0.2Sr合金中有一部分Al由于与Sr形成不能固溶的Al4Sr高熔点相，因而该合金基体中Al的固溶量相对较少，扩散速度也就较低，Sr元素原子半径又比Mg和Al的都大，降低了Al原子的扩散系数，阻制了晶界的迁移；时效析出时，晶界附近的Al4Sr高熔点相占据了晶界上较多有利于β相形核的台阶及其它晶体缺陷，其还对β相的形核和长大还有一定的钉扎作用。
综合上述Sr对合金组织3个方面的影响机制，在时效过程中，Sr 能够阻碍AZ91-0.2Sr合金晶界处β相的析出，从而延缓了镁合金的时效进程。
图7所示为AZ91-0.2Sr合金时效初期、峰值时刻和过时效时的析出组织。
由图7可看出，时效初期(5h后)，晶界上只有小部分非连续析出的片层状β相(见图7(a)中L区)；时效峰值态时(90h后)，非连续析出的β相数目大量增加，晶内均匀分布着大量扁平或细小片状相(见图7(b)中的M区)，这些即为合金晶内连续析出的β相。
由于较多量的连续和非连续析出相共同强化，合金此时的硬度值大幅提高到93HB；时效时间延长至175h后，晶界和晶内析出相的数量未出现明显变化，但晶界附近的非连续析出相则明显粗化(见图7(c)N区)。
在峰值态后的这一时效阶段，合金硬度并没有明显下降，而是保持在一个较高的水平上。
这种现象可能是由于晶界处少量小幅粗化的β相不足以引起应力集中效应而恶化合金的拉伸性能。
合金时效峰值态时的拉伸性能如表2所列。
由于时效峰值态时组织中β析出相的弥散强化作用，两种合金的室温和高温强度以及伸长率与铸态时相比(见图4)都有较大幅度提高。
且AZ91-0.2Sr合金T6处理后峰值态时的室温和高温力学性能皆优于原AZ91合金的。
这主要是由于在时效组织中β相弥散强化作用的基础上，AZ91-0.2Sr合金晶界处还存在一定量的Al4Sr高熔点相，其对位错和晶界起到了较强的钉扎和阻碍作用。
3 结语(1)微量Sr能够细化AZ91合金的铸态共晶组织，使连续网状的共晶组织趋于离散分布，且在合金晶界附近处生成多角块状或杆状的Al4Sr高熔点相；当Sr含量为0.2%时，Sr的固溶强化和Al4Sr相的晶界强化等因素使合金的室温和高温抗拉强度分别增至210MPa和152MPa，伸长率分别增至6.0%和8.0%；但当Sr含量为0.3%时，合金抗拉强度和塑性都会下降。
(2)合金经T6处理后，由于Sr在基体内固溶和Al4Sr高熔点相在晶界存在等因素，AZ91-0.2Sr合金的时效进程被抑制。
时效组织中连续和非连续析出相的弥散强化以及一定量的Al4Sr高熔点相对位错和晶界较强的钉扎和阻碍作用，使得AZ91-0.2Sr合金T6处理后峰值态时的室温和高温力学性能皆优于原AZ91合金的。
(3)适量的Sr可明显细化AZ91镁合金晶粒,并随着Sr含量增加，细化效果越显著；但当w(Sr)达到0.8%时,合金晶粒有粗化趋势，显微组织中出现针状金属间化合物Al4Sr相。