杂质元素对ZK60镁合金组织与性能的影响

摘要

镁合金由于具有低密度、高比强度及比刚度、优良的阻尼性能，使其获得了在减轻重量方面有重要需求的汽车、航空航天等工业的大量关注。然而，又由于镁合金存在绝对强度偏低、室温塑韧性差、变形加工困难、易腐蚀等缺点限制了其广泛应用。因此科研工作者们采用了很多措施包括晶粒细化、热处理以及合金化来发展高性能变形镁合金用以克服上述提及的不足之处。除此之外，提高纯度被认为是一种获得高性能镁合金的有效方法。在过去的几十年，人们大量关注的是杂质元素对耐腐蚀性能的影响。ZK60镁合金是最典型的高强度变形镁合金之一，而关于杂质含量对ZK60镁合金组织结构、力学性能、成形性能及阻尼性能的影响方面的研究相当缺乏。
　　 本文采用半连续铸造并通过控制镁合金熔体的静置时间，制备了具有不同杂质含量的两种ZK60镁合金材料。并采用金相分析、X衍射分析(XRD)、差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、室温拉伸、显微硬度及阻尼测试等实验手段，研究了杂质含量对ZK60镁合金在不同状态下的组织和性能的影响。由此得到的研究结果如下：
　　 ①杂质元素的含量对合金在铸态下的物相种类并没有产生明显影响，它们的铸态组织包括粗大的α-Mg基体以及沿晶界成网状分布的Mg-Zn共晶化合物。随着杂质含量的降低，第二相析出物的数量有所降低，同时铸态晶粒尺寸有所增大。但热挤压变形后，随杂质含量的降低，合金的晶粒更细小、组织更均匀。
　　 ②两种合金在挤压态下具有相近的断裂延伸率，表明杂质元素含量对材料塑性无明显影响。然而随着杂质含量的降低，抗拉强度与屈服强度均得到了提高，并且加工硬化能力有所下降。经过T5热处理后，杂质元素含量对合金屈服强度的影响更为明显，纯度较高样品的拉伸屈服强度可达295MPa，比纯度较低样品高出36MPa。
　　 ③在轧制成形性能方面，随着杂质元素的减少，合金在轧制变形过程中的加工硬化能力减弱，边裂起始变形量增大，轧制塑性变形能力提高。增加轧制单道次压下量，杂质含量对合金轧制成形性能的影响更加突出。当单道次压下量为20％时，杂质含量下降导致边裂起始变形量提高24％。
　　 ④降低杂质元素含量提高了ZK60镁合金在铸态、挤压态和T4热处理态下的阻尼性能，其中挤压态下合金阻尼值的增加最为显著，增加幅度约为38％。这可能是由于纯度的提高，减少了杂质元素和第二相析出物对可动位错的钉扎，以及改善了位错特征。
　　 ⑤半连续铸造过程中，通过适当延长镁熔体的静置时间，降低了ZK60镁合金中的杂质含量，使得合金的拉伸强度、轧制成形性能以及阻尼性能均得到了提高。此实验结果为开发高性能的镁合金材料提供了重要依据和指导。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

2 实验材料及方法

3 实验结果

4 分析与讨论

5 结论

致 谢

参考文献

附 录