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钙对低铝镁合金AM40微观组织及力学性能研究

作　者: 葛秀琴
导　师: 张代东
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料学
关键词: AM40合金 Ca 显微组织力学性能
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

近年来，随着材料减重、降低燃油消耗和环保意识的日益增强，轻质材料越来越受到人们的重视，其中镁合金逐渐替代铝合金和塑料制品成为高端技术和民用工业领域的理想替代材料。碱土元素是镁合金的主要合金化元素之一，如Ca、Sr等，不仅价格比稀土元素低廉很多，且能显著细化合金组织，提高其抗拉强度和屈服强度，因此能在低成本的情况下扩大镁合金的应用范围。本论文以Mg-Al系合金为研究对象，加入不同含量的钙后对其进行了均匀化退火后挤压，挤压过后再进行固溶处理以及不同时间的时效处理等加工工艺，研究了不同钙含量对铸态和热加工处理后AM40（Mg-3.5Al-0.5Mn-0.4Sr）合金的显微组织、力学性能的影响。通过采用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、拉伸机、硬度计等分析方法研究了不同Ca元素含量对AM40合金铸态和挤压态显微组织和力学性能的影响；探索了固溶处理和时效处理对挤压变形镁合金AM40显微组织和力学性能的影响。研究结果如下：（1）当钙含量从0.5%增加到1.0%时，AM40合金的铸态组织呈逐渐细化的趋势，网状的β相也有所打破，在晶界和晶体内部出现了少量颗粒状相。当钙含量为1.5%时，α-Mg基体相分布最为均匀、细小，β-Mg17Al12相的连续网状结构基本消失，颗粒状相弥散分布于α-Mg基体上，沿晶界析出热稳定性较好的Al2Ca相。而挤压后组织明显细化、分布均匀。（2）随着Ca含量的增加，Mg-Ca和Al-Ca两两组元间的混合焓变负，组元间亲和力增加，改善了第二相的形态，铸态合金晶粒尺寸逐渐减小。（3）合金经均匀化退火+挤压后，发生了较充分的动态再结晶，形成了大量等轴晶,晶粒大小从5um到20um不等，而以10um大小的居多。随钙含量增加，等轴晶显微组织越细，Ca固溶于β-Mg17Al12相中，提高了β相的稳定性，晶界处未溶的颗粒增多。（4）合金经固溶时效处理后，在界面能和应变能的共同作用下沉淀析出棒状和颗粒状弥散分布第二相，随Ca含量增加，析出的球状颗粒增多；与此同时，合金的维氏硬度值比铸态值有较大提高，且随着Ca含量的增加，合金的硬度值呈先增加后降低的趋势。在含Ca量达到1.5%、时效42h后合金的硬度达到峰值，且屈服强度和抗拉强度均可达到240MPa和300MPa以上。（5）Ca元素和挤压变形的共同作用，明显细化晶粒并改善了第二相形态，Ca含量为1.5%的AM40合金，时效处理后的屈服强度达279MPa、抗拉强度达330MPa，伸长率达18.1%，有较好的开发应用价值。

全文目录

中文摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-31
  1.1 前言  11
  1.2 镁及镁合金的发展史  11-13
  1.3 镁的性质及冶炼方法  13-15
  1.4 镁合金的特点及研究进展  15-19
  1.5 镁合金的分类及应用  19-25
    1.5.1 镁合金在汽车上的应用  20-22
    1.5.2 镁合金在航空领域的应用  22-23
    1.5.3 镁合金在兵器装备上的应用  23
    1.5.4 镁合金在电子工业中的应用  23-24
    1.5.5 镁合金在其他方面的应用  24-25
  1.6 我国镁及镁合金存在的问题及改进措施  25-26
    1.6.1 我国镁及镁合金产业存在的主要问题  25
    1.6.2 镁及镁合金产业今后的发展方向  25
    1.6.3 我国镁及镁合金产业需要改进的地方  25-26
  1.7 镁合金的强化处理措施  26-29
    1.7.1 镁合金的强化机制  26-28
    1.7.2 镁合金的热处理强化  28-29
  1.8 本论文的研究意义和主要内容  29-31
    1.8.1 本文研究的意义  29
    1.8.2 本文研究的主要内容  29-31
第二章试验材料和试验方法  31-45
  2.1 合金元素的确定  31-33
    2.1.1 混合焓验证元素 Mg、Al、Ca 三者之间的亲和力  31-32
    2.1.2 试验合金中添加各元素的优势  32-33
  2.2 各个金属元素成分的确定  33-34
    2.2.1 确定 Al 元素成分  33
    2.2.2 确定 Mn 元素成分  33-34
    2.2.3 确定 Sr 元素成分  34
    2.2.4 确定 Ca 元素的不同添加量  34
  2.3 试验工艺路线  34-35
  2.4 试验材料  35-37
    2.4.1 原材料  35
    2.4.2 熔炼所需的材料  35-37
  2.5 试验所需的设备、工具  37-38
  2.6 熔炼工艺  38-40
    2.6.1 熔炼前的准备工作  38
    2.6.2 合金的熔炼步骤  38-39
    2.6.3 合金的浇注步骤  39-40
  2.7 铸锭的均匀化退火  40
  2.8 挤压加工  40-41
  2.9 确定热处理工艺  41-42
    2.9.1 固溶处理工艺  41
    2.9.2 时效处理工艺  41-42
  2.10 分析测试方法  42-45
    2.10.1 显微组织分析  42-43
    2.10.2 性能测试  43-45
第三章 Ca 对 AM40 镁合金组织与性能的影响  45-53
  3.1 Ca(0.5～1.5%)对 AM40 合金铸态显微组织的影响  45-46
  3.2 均匀化退火+挤压 AM40+xCa 合金显微组织  46-47
  3.3 固溶处理对加入不同 Ca 含量的挤压合金 AM40 显微组织的影响  47-48
  3.4 时效处理对加入不同 Ca 含量的固溶后合金 AM40 显微组织的影响  48-49
  3.5 合金的室温力学性能  49-50
  3.6 合金的硬度  50-51
  3.7 合金时效后拉伸断口形貌  51-53
第四章结论  53-55
参考文献  55-61
致谢  61-63
攻读硕士期间发表的学术论文  63-64

钙对低铝镁合金AM40微观组织及力学性能研究

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