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不同镁合金系的合金化及热处理(一)

浏览:236 发表时间:2019-12-13 09:22:43


一、 Mg-Al系


Mg-Al二元合金中的Mg17Al12相经固溶处理后溶解到镁基体中,时效处理时再从过饱和固溶体中直接析出,即α→β(Mg17Al12)。稳定性较高的β相可以在晶粒内连续析出,也可以在晶界上不连续析出,形成球状或网络状组织。D1Duly等人研究指出,Mg-Al系二元合金中存在连续析出和非连续析出(胞状沉淀)两种时效析出机制。连续析出相多呈细小片状弥散分布于基体中,使合金具有良好的力学性能;而非连续析出相多呈粗大的层片状,弥散度较低,对合金的强化作用较小。因此Mg2Al系合金的时效强化效果与时效组织中连续析出相和非连续析出相的比例有关,而该比例又与时效温度和合金中含Al量有关。

向Mg-Al二元合金中添加Zn元素后形成Mg-Al-Zn三元合金(如AZ91),由于Zn含量比Al含量低,因此Mg-Al-Zn合金的基本时效析出过程与Mg-Al二元合金相同,并且由于锌的作用使得Mg-Al-Zn合金的时效过程比Mg-Al合金更显著,时效强化效果更好。袁广银等人向AZ91镁合金中加入(0.5~2)%的Bi,发现Bi的加入延长了合金的时效过程,有效抑制了时效组织中非连续析出相的形成,促进了连续沉淀相的析出。加入Bi后形成的连续析出相Mg17(Al,Bi)12与基体之间具有复杂的半共格位向关系,提高了强化相的热稳定性,从而有利于提高合金的高温力学性能。

向AZ91镁合金中加入混合稀土(Ce、Ld等)可形成条状或针状的富Al混合稀土相。该相在固溶和时效过程中变化不明显,因此对时效强化的作用较小,但是却减少了高温下因溶解2析出而造成的原子扩散,故提高了合金的热稳定性。而且混合稀土的加入延缓了时效强化过程,滞后了AZ91镁合金峰值硬度的出现时间。

向Mg-Al-Zn合金中加入Ag可增强合金的时效强化效果,其原因有二:一是Ag能增大固溶体和时效析出相之间的单位体积自由能;二是Ag与空位的结合能较大,与空位优先结合后会减慢原子扩散,阻碍时效析出相长大,阻碍溶质原子和空位逸出晶界,减少或消除了时效时在晶界附近出现的无沉淀带,使时效组织中弥散性连续析出的Mg17Al12相占主要部分。另有研究表明,向AZ91镁合金中添加微量Cu(如0.1%(at)Cu)可促进Mg17Al12相的生成,从而促进时效析出。

此外,挤压或压延加工与时效处理相结合的形变热处理可促进AZ91镁合金的晶粒细化和时效析出过程。例如,冷加工后在473K时效可减少晶界处的不连续析出相,并使晶内的析出相微细化。

在Mg-Al中添加Ca,经时效后可析出Al2Ca相。Al2Ca相的熔点比Mg17Al12相高,热稳定性好,使得合金与AZ91及AM50合金相比抗蠕变性能提高。L1M1Peng等研究了固溶处理对添加了稀土元素的AM60B合金显微组织的影响。结果表明含有稀土元素的AM60B合金的显微组织由α2Mg固溶体、棒状Al11RE3相、粒状Al10Ce2Mn7相以及网状和(或)岛状Mg17Al12相组成。该合金在683K下分别经过20h、35h和50h固溶处理后合金中的Mg17Al12相溶入镁基体中,但是稀土化合物Al11RE3和Al10Ce2Mn7相不溶解,只是其形貌稍有改变。

长时间均匀化退火可以消除镁合金铸锭中的枝晶偏析和内应力,提高其塑性。由于Al、Zn等合金元素的扩散速度十分低,因此Mg-Al-Zn系合金达到平衡状态所需的均匀化退火时间很长(MB15合金为693K/60h)。长时间加热将导致镁合金铸锭表面严重氧化,所以很多情况下Mg2Al2Zn系合金铸锭不进行均匀化退火处理而直接进行热变形。


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