金属型铸造Mg-Zn-Al-Ca耐热镁合金的研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文金属型铸造Mg-Zn-Al-Ca耐热镁合金的研究摘要在日新月异发展的汽车和电子行业，Mg-Zn-Al系合金是一种新型，具有良好抗蠕变性能、铸造性能、以及低成本的镁合金。然而该合金的某些性能等尚未达到令人满意的程度，尤其常温和高温力学性能在同时兼顾方面还存在一些问题。钙是提高合金高温性能的重要合金元素，用钙进行合金化是提高镁合金高温性能的主要措施之一。本文通过普通金属型铸造成形工艺，利用金相显微镜，X射线衍射仪，扫描电镜，电子万能试验机等分析手段，研究了Mg-Zn-Al合金中不同Zn含量(8%～12%)对

2、合金显微组织和力学性能的影响；同时，研究了Ca对Mg-(8%～12%)Zn-4Al显微组织和力学性能的影响，并深入探讨了Ca对合金显微组织的细化机理以及金属液凝固过程中合金相的形成原理。研究结果表明：1)试验所选Mg-Zn-Al系基体合金的铸态组织组成相均为α-Mg，τ-Mg32(Al,Zn)49及φ-Al2Mg5Zn2相，τ-Mg32(Al,Zn)49相的存在形态为断续的条状，半连续、连续的网状，而φ-Al2Mg5Zn2相则均以孤岛状形态独立存在。随Zn含量的增加，显微组织由细小的条状、孤岛状、以及细网格状，逐渐转变为半连续、连续

3、且粗大的网状，尤其当Zn含量相当多(试验为12%)时，局部区域呈现大片蜂窝状织构连接而成的网状，此时，布氏硬度上升至最大值71.3HB；而抗拉强度与冲击韧性都直线下降，由Zn含量8时的189MPa、228.4J/cm分别下降至Zn含量12%时的168MPa、5.5J/cm，且当其含量在8%～II太原理工大学硕士研究生学位论文10%之间时，下降缓慢；高于10%以后，则下降急速。2)Ca的加入，少量能固溶进入合金，故而促使强峰发生偏移。随ZA系试验合金中钙含量的增加，τ-Mg32(Al,Zn)49相峰明显增强，而α-Mg峰、以及φ-Al

4、2Mg5Zn2相峰相对减弱，说明加入Ca后，φ-Al2Mg5Zn2相的析出得到抑制，而τ-Mg32(Al,Zn)49相的析出得到促进。此外，对ZA84合金而言，无含钙相的生成；但对ZA104以及ZA124合金来说，合金相随钙含量的变化而变化，且ZA104合金在钙含量为0.3%时即产生了新相τ1、1τ2[(Mg,Ca)32(Al,Zn)49]，而ZA124合金则当钙含量添加至0.6%才有新相τ的形成。同时，Ca对ZA系试验合金的组织和相的形成均有一定的影响，其主要表现在：微量钙的加入，可细化组织和晶粒，网状相的网格变细，且网格的连接处

5、出现断裂状的细化，有的甚至断裂成孤立的强化相，而后随钙含量的逐渐增加，微观组织逐渐变得粗化，且当钙含量达最大(试验为0.9%)时，组织中呈现粗大的半连续、连续的网状结构。3)Ca对试验合金室温力学性能的影响，主要体现在：随钙含量的增加，所有合金的布氏硬度值相应递增，且当钙添加量较少(试验所用为0.3%)时，各种合金的硬度值变化较为明显，曲线上升较为急速(尤其对于ZA104合金)，而后随钙含量的继续增加，上升趋势相对缓慢，且三种合金ZA84、ZA104、ZA124的最高硬度值分别为71.2HB、78.5HB、73.9HB；合金的冲击韧

6、性值先增加后降低，且ZA124及ZA104合金在钙含量为0.3%时，冲22击韧性达到最大值，且分别为6.4J/cm、8.9J/cm，而ZA84则在含钙0.6%2才达最大值10.4J/cm；所有试验合金的抗拉强度均在钙含量为0.3%时达到最大值，其中ZA104合金表现最为显著，最大的抗拉强度值为203MPa，III太原理工大学硕士研究生学位论文而后随钙含量的增加，各类合金的抗拉强度均呈直线下降，直到含钙0.9%时，ZA84、ZA104、ZA124合金的抗拉强度值分别下降至149MPa、157MPa、143MPa，屈服强度与延伸率均随抗

7、拉强度呈现相应变化。Ca能有效提高合金的高温拉伸性能，尤其对ZA104合金表现最为明显，且当Ca含量为0.3%时获得最佳延伸率17.3%，此时抗拉强度也达最高190MPa。4)拉伸断口分析表明：随Zn含量的增加，试验合金的拉伸断裂方式由Zn含量8%时的准解理断裂，慢慢转变成Zn含量12%时的解理断裂；断口处形貌由韧窝和解理裂纹构成的准解理面，逐渐转变成冰糖状的解理面。微量元素Ca的加入，有效改善了试验合金的拉伸断口形貌，且当Ca含量为0.3%时作用效果最为明显。试验合金高温拉伸断口均为准解理断裂，虽然部分区域呈现解理断裂的解理台阶，

8、但相对室温拉伸断口来说，台阶明显增高。关键词：耐热镁合金，Ca合金化，微观组织，力学性能，强化机理IV太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONAS-CASTMg-Zn-Al-CaHEAT-RESISTANTMAGNESIUMALL