合金化对AZ61变形镁合金组织及力学性能影响的研究

摘要

本文以AZ61合金作为基体合金,以Ca、Sb以及稀土元素Sm作为添加的合金元素,使用带气氛保护的电磁感应熔炼炉制备出含不同量稀土Sm的AZ61-0.5Ca-xSm(x=0,0.6,1.0,1.5)合金和含不同量Sb元素的AZ61-1Sm-xSb(x=0,0.5,1.0,1.5)合金。先通过热挤压变形对熔炼后的合金进行塑形加工并在随后采用不同热处理工艺对挤压后的合金进行后续加工。然后通过XRF和ICP成分分析、XRD物相分析、金相显微镜观察、扫描电子显微镜和EDS能谱分析、透射电子显微镜等分析手段和方法研究了不同成分的合金的显微组织特点;并使用显微硬度计、力学性能测试仪器分别对不同合金在不同状态下的力学性能进行测试,分析合金元素、塑形变形以及热处理对AZ61合金显微组织和力学性能的影响。实验结果表明:
　　①AZ61合金中主要合金相为β-Mg17Al12相,在添加Sm后合金中生成了Al2Sm相和Al3Sm相。在AZ61-1Sm合金中添加Sb后,Sb和Sm形成了SbSm相,并且随Sb添加量的增加,SbSm相的数量增多,尺寸增大。AZ61-0.5Ca合金中的主要合金相是β-Mg17Al12相和骨骼状的Al4Ca相,但在AZ61-0.5Ca合金中添加Sm后合金中仅出现Al2Sm和Al3Sm相,没有新的第二相形成。
　　②在AZ61合金中添加1.0％Sm或0.5％Ca后,网状分布的β-Mg17Al12相都向断续状分布转变。在AZ61-1Sm合金中添加Sb后,随Sb含量的增加,β-Mg17Al12相的断续状分布特征愈加明显,直至合金中β-Mg17Al12相、Al2Sm和Al3Sm相均呈颗粒状分布并且出现大的块状SbSm相。在AZ61-0.5Ca合金中添加Sm后,随Sm含量增加,合金中颗粒状的第二相明显增多,第二相分布也更加弥散。
　　③添加合金元素Sm和Sb的挤压态合金常温下强度略高于AZ61合金,150℃温度下的强度较AZ61合金则明显提高,其中,在AZ61-1Sm合金中添加Sb的合金的高温力学性能得到显著提高。挤压态AZ61-0.5Ca合金的屈服强度比AZ61合金有一定提高,在AZ61-0.5Ca合金中添加Sm则能进一步提高合金常温下的抗拉强度和屈服强度,也使得合金在150℃温度下的强度明显提高。
　　④分别对AZ61-1Sm-xSb和AZ61-0.5Ca-xSm两种合金进行400℃×8h固溶处理能使合金中β-Mg17Al12相基本溶入基体中,表明固溶处理的效果较为理想。对挤压态和挤压后固溶处理的合金进行180℃×48h时效处理后,合金中主要析出相为层片状β-Mg17Al12相和颗粒状的β-Mg17Al12相,层片状β-Mg17Al12相沿晶界向晶粒内部生长,而颗粒状β-Mg17Al12相主要在晶界附近分布。
　　⑤对于AZ61-1Sm-xSb和AZ61-0.5Ca-xSm合金,固溶态合金的抗拉强度和屈服强度与挤压态合金相比均有明显降低,时效态合金的强度则比挤压态合金明显提高。AZ61-1Sm-xSb挤压态合金经过固溶+时效热处理以后的强度比挤压态合金有一定提高,但低于挤压后直接时效合金的强度。