Ca对原位自生Mg2SiZM5复合材料组织与性能的影响.pdf

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1、材料及成型Ca对原位自生M92Si／ZM5复合材料组织与性能的影响陈晓1’2傅高升2钱匡武(1中南火学材料科学与工程学院长沙4100832福州大学机械工程学院福州350002)摘要：通过真空感应炉中氩气保护，在ZM5熔体中加入si获得原位反应自生M92Si／ZM5复合材料。采用OM、ESEM、拉伸试验等探讨了Ca对该材料的组织与性能的影响规律。结果表明：Ca的加入改变了M92Si／ZM5复合材料中M92Si相的形貌，使其从不规则的汉字状变成较细小的多角形，从而改善了材料的力学性能；当加入O．05wt％Ca

2、时，复合材料的室温力学性能最好，屈服强度提高了lO．4％，伸长率提高了52．4％；200[2高温下，当含Ca0．05wt％～0．10wt％时屈服强度和伸长率最好，分别提高了30．1％SfH92．3％。关键词：镁合金金属基复合材料力学性能原位反应Ca变质1前言镁基复合材料密度小，仅为铝或铝基复合材料的66％左右，具有高的比强度和比刚度以及优良的力学和物理性能，在高新技术领域中比传统金属材料和铝基复合材料的应用潜力更大，因此，自20世纪80年代末以来，镁基复合材料已经逐渐成为金属基复合材料领域的研究热点之一u

3、。81．采用原位反应法获得白生增强相的白生复合材料，由于增强相在基体内反应生成，具有尺寸小，界面洁净无污染，热稳定性好，与基体相容性好，制备成本低等优点，已成为镁基复合材料中的一个重要发展方向∞’⋯。Mg：Si相由于熔点高(1085℃)，密度低(1．99×103kg／m3)，硬度高(4500MN／m2)，热膨胀系数低(CTE=7．5×10。6K1)和弹性模量高(120GPa)，是镁基复合材料很好的增强相之一⋯1。但若在传统的铸造Mg合金中利用原位反应自生成Mg：Si增强相，则由于所生成的Mg：Si相非常粗

4、大，极大地割裂了基体，使材料性能显著降低。如能在熔体中添加某些物质来细化白生Mg：Si相，必将大大改善复合材料的组织和性能，并将可以降低成本，推动自生Mg：Si／Mg基复合材料的应用。为此，本文研究了Ca对铸造原位反应白生MgzSi／ZM5复合材料中M92Si相的变质作用及其对该复合材料力学性能的影响。2试验方法选用纯Mg、纯Al、纯Si、纯Zn、Mg．Ca中间合金、AI．Mn中间合金作为原材料。基体合金采用ZM5镁合金，在基体合金中添加1．0％(质量百分数)的Si，以便获得M92Si增强相(体积分数约为

5、2．5％)增强的自生Mg，Si／ZM5复合材料。合金熔炼在真空感应炉中进行，采用Ar气为保护气体，基体合金熔化后加入Si，待Si熔化后于800■左右加入Mg—Ca中间合金进行变质处理，处理30rain后浇入放置在真空炉中的金属型内，获得所需的白生M92Si／ZM5复合材料，所得试样尺寸为120mmx20mmx80mm。用金相显微镜(OM)和PhilipsXL30型环境扫描电镜(ESEM)进行组织分析；室温和200[]的高温拉伸试验在lnstronl185电子拉伸机上进行，板状拉伸试样尺寸为25mmx5mm

6、x3mm，拉伸速率为0．5mm／min。3试验结果与分析3．1Ca对自生Mg：Si／ZM5复合材料组织的影响图1、2#另sJJ,jCa变质后自生MgzSi／ZM5复合材料的铸态和T4处理态的金相显微组织。从图中可以看出，未加Ca变质时M92Si相为不规则的汉字状：加入0．01％Ca时M92Si相变化不大，加入o．05％N其形貌从不规则的汉字状转为细小的多角形，继续增加Ca量，M92Si相的变化不大，但Ca量增加到0．3％后，在T4处理(415。C×16hI司溶处理)的组织中除Mg：Si相外，还观察到少量沿

7、品界分布的第二相(如159材料及成型图2(d)所示)。图1不同Ca含量自生M92Si／ZM5复合材料的显微组织(铸态)图3为含0．3wt％Ca的自生MgzSi／ZM5复合材料经T4处理后元素的线分布和能谱分析结果。能谱分析结果表明，除未溶的MgzSi相外，还有沿晶界分布含有Ca的第二相存在：元素线分布结果表明除沿晶界分布的第二相中有Ca外。MgzSi相边缘也有Ca聚集，它表明Ca是一种表面活性剂，结晶时能吸附在M92Si相界面上m1，从而改变Mg：Si相结晶条件。使其从不规则的汉字状转变为多角形。图2不同

8、Ca含量自生}tg。Si／Z}115复合材料的显微组织(固溶处理态)．160．材科反成型(b)ElemWt％MgK63．73AIK0．76SiK35．50jf‘E／key．√逃八(c)EIcm，Wt％MgK72．84AlK25．64CaK1．52E／key√^．八“IIII．●．¨1．■t”I■●HI■l■I■¨●tH图3自生M92Si／ZM5复合材料(O．3wt％Ca)的SEM组织及能谱分析3．2Ca对自生Mg：Si／ZM5