Mg-Zn系合金的Ca-Sr微合金化及挤压成型研究

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Mg-Zn系合金作为一种极其重要的商用变形镁合金,目前在3C、汽车、航空航天和其它领域中应用前景广泛,然而,现有Mg-Zn系合金的力学性能还难以满足高强镁合金的要求,因此,有必要进一步针对Mg-Zn系合金的力学性能展开研究。合金化作为一种低成本、高收益的方法已在高性能镁合金的研制上得到了积极的应用,同稀土元素相比,碱土元素Ca、Sr价格低廉,在镁合金合金化过程中具有改善析出相结构、细化组织等优良特性,因此开发低成本、高强度的碱土镁合金使得Mg-Zn系合金具有高强度和良好的塑性已成为镁合金领域的研究热点之一。本课题以Mg-Zn合金为基础,通过添加钙、锶元素,熔炼制备出新型耐热的高强镁合金,研究钙锶复合添加的合金化作用机理。借助金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段,探究表征铸态、热处理态及挤压变形后镁合金材料的微观组织及沉淀相分布演变特征,并测定变形镁合金材料的力学性能。针对镁合金耐热性能差的特点,通过研究镁合金的挤压成型规律,明确掌握该类材料化学成分-制备工艺-微观组织-耐热性能之间的关联性。得到主要结果如下:(1)单独添加Ca元素时,合金由镁基体、MgZn和MgZn2相组成。复合添加Ca、Sr元素时,析出高熔点的Mg17Sr2相。Ca、Sr元素对合金力学性能的强化机理为:合金中沿晶界分布的MgZn、MgZn2与Mg17Sr2相的钉扎作用,主要强化机制为第二相粒子的弥散强化作用。(2)当Ca、Sr元素的含量分别为1.0%、0.5%时,铸态合金的抗拉强度为141.93MPa,屈服强度为80.11MPa,伸长率为15.6%;当Ca、Sr元素的含量分别为1.0%、0.5%时,热处理态合金抗拉强度为174.64 MPa,屈服强度为108.51 MPa,伸长率为16.2%,显微维氏硬度为51.6 HV,且最优的热处理工艺制度为固溶时效处理,固溶参数为:350℃×12h,时效参数为:200℃×12h,合金的断口形貌由韧窝-解理复合断裂变为解理断裂。(3)当Ca、Sr质量分数分别为0.5%、0.5%时,挤压态合金的晶粒细化效果最优,合金的抗拉强度为319.71 MPa,屈服强度为170.28 MPa,伸长率为26.2%。挤压态Mg-5.5Zn-x Ca-ySr合金在200℃、250℃、300℃时的拉伸性能,随着温度的升高,合金的高温力学性能逐渐降低,且当温度为200℃,Ca、Sr的质量分数分别为0.5%,0.5%时,合金的抗拉强度达到最大值为246.97 MPa。
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