原位自生Mg2Si-AZ91D復合材料組織與性能的研究.pdf

1、本文利用原位自生反應制備了Mg2Si／AZ91D復合材料,研究了P、Sr、Ce復合變質,高能超聲以及熱處理對復合材料的組織及其力學性能的影響。通過光學顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能量散射光譜(EDS)、X射線衍射(XRD)等方法分析不同工藝制備的Mg2Si／AZ91D復合材料的顯微組織與相組成。
　　 直接向AZ91D合金熔體中加入SiO2(Si含量為熔體質量的1.5wt.％)粉末后,制備的Mg2Si／AZ91D復合材料

2、的組織由Mg基體、不連續(xù)網狀的β-Mg17Al12相和漢字狀的Mg2Si相組成,Mg2Si相平均尺寸為10～30μm。添加P、Sr、Ce對Mg2Si相的形貌、尺寸有明顯的改善,當添加0.05 wt.％P、0.1 wt.％Sr、0.3 wt.％Ce變質處理后Mg2Si形貌全部變?yōu)槎噙呅螤?且在基體上彌散分布,平均尺寸約0.5～5μm。此時復合材料的抗拉強度和伸長率分別為212.7MPa和2.37％。
　　 對熔體施加高能超聲,研究

3、了不同的超聲處理工藝對Mg2Si／AZ91D復合材料組織與性能的影響。結果表明:當超聲處理工藝為1.2kW,6min時,Mg2Si相和β-Mg17Al12相最為細小,且分布均勻,復合材料的抗拉強度σb和伸長率δ分別達到了220.5MPa和2.6％,較未施加超聲處理的試樣提高了22.3％和38.9％。拉伸斷口上解理面變小,出現(xiàn)韌窩,復合材料的塑性得到提高。對變質后的復合材料施加高能超聲,發(fā)現(xiàn)多邊形Mg2Si顆粒變得圓整,尺寸更細小,分散更

4、均勻。此時,其抗拉強度σb和伸長率δ分別為227.3MPa和2.82％。
　　 對Mg2Si／AZ91D復合材料進行熱處理,研究了T4處理(420℃不同保溫時間的固溶處理)及T6處理(固溶+180℃12h的時效處理)對復合材料組織與性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):T4處理能顯著改善復合材料中MgeSi相的形貌與分布,隨著保溫時間的延長,漢字狀的Mg2Si相逐漸熔斷、球化,在420℃,16h固溶處理時,球化的Mg2Si相最為細小、彌散且分布

5、均勻；而β-Mg17Al12相溶入基體中,形成過飽和固溶體。固溶后的時效處理對Mg2Si相的形貌和分布基本上沒有影響,β-Mg17Al12相則重新析出。T4處理時,在420℃保溫16h時,抗拉強度σb和伸長率δ達到最高,較未T4處理的復合材料抗拉強度和伸長率分別增加了14.5％和26.9％,復合材料的拉伸斷口為準解理斷裂。T6處理后,復合材料的抗拉強度σb達到216.7MPa,較未熱處理和T4處理分別提高了20.2％和5％；但是其伸長率

6、δ為2.27％,較T4處理下降了10.9％,復合材料的斷裂機制主要為解理斷裂。固溶處理過程中在Mg2Si／Mg界面間的表面張力作用下,Mg2Si相不同曲率處的Si原子發(fā)生擴散,使得Mg2Si相不斷熔斷、擴散、析出,最終獲得球化的Mg2Si相。
　　 熱處理對變質后的Mg2Si／AZ91D復合材料的Mg2Si相的形貌基本沒有影響,僅棱角邊緣處有鈍化現(xiàn)象；β-Mg17Al12相在固溶過程中先溶入基體中,在隨后的時效處理過程中呈球狀或