硅鈣合金對(duì)AM60鎂合金顯微組織及性能的影響.pdf

1、鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼性能好以及電磁屏蔽能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為汽車和電子行業(yè)的重要輕質(zhì)材料，被譽(yù)為21世紀(jì)最富于發(fā)展?jié)摿Φ摹熬G色工程材料”。隨著汽車輕量化的要求，越來越多的汽車零部件采用鎂合金制造來減輕汽車自重，其中汽車輪轂對(duì)于汽車減重具有尤其重要的意義和效果，但輪轂的使用條件決定其必須同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和韌性，目前的鎂合金材料還達(dá)不到這方面的要求。AM60及AZ91鎂合金是工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的鎂合金。AM60韌性較好

2、，但強(qiáng)度有待進(jìn)一步提高。提高鎂合金的強(qiáng)韌性是拓展鎂合金在汽車上的應(yīng)用范圍的一個(gè)重要方向。 Si加入到鎂合金中可以提高合金的流動(dòng)性，而且形成具有高熔點(diǎn)、高硬度、低密度、高彈性模量和低熱膨脹系數(shù)的Mg2Si相。但Mg2Si相往往形成粗大的漢字型，割裂基體，造成合金力學(xué)性能的下降。適當(dāng)?shù)腃a加入鎂合金中可以細(xì)化晶粒，而且對(duì)Mg2Si相可以起到變質(zhì)作用，使粗大漢字型變成規(guī)則細(xì)小的多邊形，從而起到彌散強(qiáng)化作用，提高合金的綜合性能。由于Si

3、和Ca的熔點(diǎn)較高，一般情況下用Al-Si、A1-Ca和Mg-Ca等中間合金引入Si和Ca元素，而直接向鎂合金中添加硅鈣合金的研究還未見報(bào)道，因此本文通過在AM60合金的基礎(chǔ)上添加硅鈣合金，來研究硅鈣合金對(duì)AM60合金組織和性能的影響。 本文添加不同量的硅鈣合金配制了四種合金。應(yīng)用光學(xué)顯微鏡(OM)，X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、帶能譜分析(EDS)的掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段，通過對(duì)合金顯微硬度、拉伸

4、性能、沖擊韌性、流動(dòng)性、自腐蝕電位、極化曲線、失重腐蝕速率等性能的測試，較系統(tǒng)和深入地研究了硅鈣合金對(duì)AM60合金組織及力學(xué)性能的影響及其作用機(jī)理。 研究表明，硅鈣合金加入AM60合金中后，直接形成了規(guī)則多邊形Mg2Si顆粒相，沒有出現(xiàn)漢字型Mg2Si，Al8Mn5相和硅鈣合金中的CaSi2相有效的充當(dāng)了Mg2Si相的異質(zhì)形核核心。加入硅鈣合金后，形成的Mg2Si顆粒相對(duì)基體起到了彌散強(qiáng)化作用，細(xì)化了晶粒，使第二相β-Mg17A

5、l12由半連續(xù)網(wǎng)狀轉(zhuǎn)變?yōu)閺浬⒌念w粒狀或島狀，顯著改善了合金的顯微組織。加入硅鈣合金后合金的力學(xué)性能得到了一定程度的提高，當(dāng)加入的Si含量為1.8％時(shí)，合金的顯微硬度、抗拉強(qiáng)度、伸長率分別比原始合金提高了25％，13.9％和28.5％，沖擊功提高了一倍。AM60合金的斷裂總體上屬于脆性斷裂，從斷口來看，其具有典型的準(zhǔn)解理特征，加入硅鈣合金后，斷口呈現(xiàn)一定的韌性斷裂特征，是具有一定韌窩和撕裂棱的準(zhǔn)解理斷裂方式。 硅鈣合金加入到AM6

6、0合金中后，合金的液相線溫度隨著硅鈣合金量的增大而逐漸降低，過熱度逐漸提高；合金的結(jié)晶區(qū)間是先減小而后又增大，當(dāng)加入1.8％Si-Ca合金時(shí)，結(jié)晶區(qū)間減小了13.34℃，提高了合金的鑄造性能。另外，在合金凝固時(shí)形成新相Mg2Si，釋放更多的結(jié)晶潛熱，也促使合金的流動(dòng)性得以提高。AM60合金凝固時(shí)首先析出α-Mg相，然后發(fā)生離異共晶反應(yīng)析出β-Mg17Al12相，加入硅鈣合金后，由于先析出Mg2Si相，使初生α-Mg相邊界處的Al原子更容

7、易富集，從而更容易發(fā)生離異共晶反應(yīng)。 熱處理研究表明，合金經(jīng)410℃，12h固溶處理后，β-Mg17Al12完全固溶到基體中，形成過飽和的α-Mg固溶體，而Mg2Si相是高熔點(diǎn)相，經(jīng)過固溶處理后，并沒有大的變化，從而能提高合金的高溫穩(wěn)定性。當(dāng)加入的Si的含量為1.8％時(shí)，合金的晶粒尺寸由原來的180μm減小到80μm；合金的顯微硬度得到了一定的提高；隨著固溶時(shí)間的增加，合金的晶粒逐漸增大，但在48h之內(nèi)增加幅度較小，而后增加比較

8、明顯，固溶時(shí)間增加，Al、Zn等原子擴(kuò)散更加均勻，進(jìn)一步提高了合金的顯微硬度。合金經(jīng)205℃時(shí)效處理后，析出相首先在晶界處形成，隨著時(shí)效時(shí)間的延長，析出相越來越多，并且逐漸向晶內(nèi)生長；加入硅鈣合金前后的析出方式有明顯的不同，由原來的非連續(xù)析出向連續(xù)析出轉(zhuǎn)變，晶內(nèi)析出細(xì)小彌散且分布均勻的β相。時(shí)效前的固溶處理時(shí)間對(duì)時(shí)效析出相的析出方式也有較大的影響，固溶處理時(shí)間越長，溶質(zhì)原子擴(kuò)散越均勻，析出相的形核越困難，越有利于以連續(xù)析出方式析出。時(shí)效