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1、鎂合金被公認(rèn)為是輕量化的新型金屬結(jié)構(gòu)材料。但是,鎂合金的大規(guī)模應(yīng)用還存在許多基礎(chǔ)科學(xué)問題尚待解決。其中,氧對(duì)鎂合金性能的影響近年引起人們的重視。本文通過光學(xué)顯微鏡、液態(tài)測(cè)氫、固態(tài)測(cè)氫、XRD、SEM、EDS、拉伸試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)等手段,在研究熔煉工藝對(duì)鎂合金含氫量影響以及鎂合金凝固過程氫析出行為的基礎(chǔ)上,詳細(xì)考察了除氣劑(包括C2Cl6和RJ-2熔劑)、超聲波以及浮游氣體等除氫方法,對(duì)熔體中的含氫量、合金致密度、室溫與高溫力學(xué)性能以及耐蝕
2、性等影響規(guī)律,并與鋁合金進(jìn)行了對(duì)比研究,旨在為鎂合金熔體凈化和性能提高提供基礎(chǔ)。
研究表明:熔煉溫度與保溫時(shí)間對(duì)熔體含氫量有較明顯影響。對(duì)Mg-6.04Zn-0.62Y合金,減壓試驗(yàn)表明,降低熔煉溫度和縮短熔體保溫時(shí)間,可降低熔體含氫量,提高合金致密度,且熔煉溫度影響更大。鎂合金鑄錠的不同部位疏松程度不同,隨凝固先后次序而逐漸加重,同一斷面處從中心到邊緣疏松程度逐漸降低。與鋁合金相比,AZ91合金的疏松程度比2024合金嚴(yán)重得
3、多,但卻比5083合金輕得多。
考察了除氣劑對(duì)鎂合金和鋁合金除氧效果的影響。表明C2Cl6處理鎂合金和鋁合金均有很好的除氫效果,對(duì)鎂合金有明顯的細(xì)化作用,并可顯著提高材料力學(xué)性能。對(duì)Mg-6.04Zn-0.62Y和AZ91合金熔體,其最高除氣率可分別達(dá)到52.7%和41.8%,此時(shí),AZ91合金最低含氫量為11.3cm3/100g,其室溫拉伸力學(xué)性能為Rm=208MPa,R0.2=137MPa,A=5.3%,抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度
4、分別比未除氫時(shí)分別提高32.5%和7.9%;對(duì)Al-3Mg二元合金和2024合金,其最高除氣率可分別達(dá)到47.6%和44.8%,此時(shí)熔體含氫量分別達(dá)到0.163cm3/100g和0.096cm3/100g。其中,2024合金鑄錠的室溫拉伸力學(xué)性能為Rm=288MPa,R0.2=198MPa,A=4.7%,抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比未除氫時(shí)分別提高27.4%和11.2%;就添加量而言,處理鎂合金比鋁合金所需C2Cl6添加量要大一些。鎂合金R J
5、-2熔劑對(duì)熔體具有除氫作用,但效果較差。其對(duì)AZ91合金熔體的最好除氣率為29.4%,但對(duì)室溫拉伸性能仍然有較大影響,這可能與熔劑的除雜凈化效果有關(guān)。AZ91合金處理后的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比未除氫時(shí)分別提高26.8%和7.9%。
研究了超聲波對(duì)鎂合金和鋁合金除氫效果的影響。結(jié)果表明,超聲處理鎂合金和鋁合金比C2Cl6處理具有更好的除氫效果,并有明顯的組織細(xì)化效果。對(duì)Mg-3.03Ca、Mg-6.04Zn-1.17Ca和AZ91
6、合金,超聲處理的最高除氣率可分別達(dá)53.8%、67.5%和50.5%,其中,AZ91合金的最低含氫量為9.6cm3/100g,其鑄錠的室溫拉伸力學(xué)性能為Rm=194MPa,R0.2=133MPa,A=4.8%??估瓘?qiáng)度和屈服強(qiáng)度比未除氫時(shí)分別提高27.6%和6.4%;對(duì)2024合金的最高除氣率可達(dá)51.1%,含氫量達(dá)到0.085cm3/100g,此時(shí)其鑄錠的室溫拉伸力學(xué)性能為Rm=288MPa,R0.2=190MPa,A=4.9%,抗拉
7、強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比未除氫時(shí)分別提高27.4%和6.7%。采用添加C2Cl6后再進(jìn)行超聲處理的C2Cl6-超聲波聯(lián)合處理方法,可大幅度縮短超聲處理所需時(shí)間,顯著提高超聲處理效率。
采用浮游氣體(氬氣)除氫在AZ91合金中比在5083和2024等鋁合金中有更好的效果,最高除氣率為50.7%,含氧量可達(dá)7.3cm3/100g。此時(shí)其鑄錠的室溫拉伸力學(xué)性能為Rm=200MPa,R0.2=128MPa,A=5.2%,抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比未
8、除氫時(shí)分別提高24.2%和5.8%;但在非金屬夾雜物含量較大的AZ91合金廢料中,效果減弱。
在C2Cl6、RJ-2熔劑、超聲處理和氬氣除氫四種方法中,AZ91合金氬氣除氫效果最好,而2024合金C2Cl6-超聲波聯(lián)合處理和超聲除氫的含氫量最低。
降低鎂合金和鋁合金的含氫量可顯著提高合金鑄態(tài)的室溫力學(xué)性能。對(duì)于AZ91合金,當(dāng)含氫量小于11cm3/100g左右時(shí),進(jìn)一步降低含氫量,對(duì)力學(xué)性能的影響很小;對(duì)于2024合
9、金,室溫拉伸性能隨含氫量降低持續(xù)升高,只是在含氫量小于0.12cm3/100g左右時(shí),屈服強(qiáng)度隨含氫量的降低升高不顯著。
對(duì)鎂合金進(jìn)行除氫處理可顯著降低合金鑄錠的平均腐蝕速率,但對(duì)合金的自腐蝕電位(Ecorr)影響不大。全浸腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明,氯氣除氧后AZ91合金鑄錠平均腐蝕速率降低了39.5%。
鎂合金和鋁合金的致密度對(duì)其高溫力學(xué)性能均有明顯的影響。對(duì)于AZ91合金,致密度對(duì)材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的影響隨溫度升高而
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