Ca合金化对AE系合金显微组织和力学性能的影响

摘要

近年来,全球范围的能源危机和环境危机日益严重,这就对汽车的轻量化提出了要求.作为最轻的金属结构材料的镁合金,因具有比强度比刚度高、阻尼性能好等优点,在汽车上的应用日益广泛,同时也对镁合金的力学性能尤其是高温力学性能提出了更高的要求.其中,AE41(Mg-4Al-1RE-0.3Mn)和AE42(Mg-4Al-2RE-0.3Mn)是目前比较成熟的两个耐热镁合金牌号.它们具有良好的室温力学性能,优良的高温力学性能尤其是高温抗蠕变性能.但当温度高于175℃时,该合金的蠕变性能下降很快,这大大地限制了它作为轻质结构材料的应用范围,尤其是目前发展最快,镁合金用量日益增大的汽车工业.该文以Mg-Al-RE合金(AE41/AE42)为基础,采用Ca合金化技术,系统地测试了合金和高温力学性能、高温抗蠕变性能以及流动性.同时,运用光学显微镜(OM)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子束微区分析(EDAX)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)等多种分析和测试手段,较系统地研究了Ca合金对AE41/AE42合金组织结构和力学性能的影响和作用机理.研究的目的是为Mg-Al-RE合金的进一步研究和开发提供理论和实验依据.研究发现,AE41/AE42合金的铸态组织是典型的树枝晶.RE元素量的增加对Mg-Al-RE合金组织的细化效果不明显.在AE41/AE42合金中加入少量Ca元素后,能显著地细化合金的铸态组织.Ca加入AE41/AE42合金后,形成了新相Al<,2>Ca.此相主要有三种形貌:层片状、非层片状和细小弥散的颗粒状,主要分布于晶界,并随加入Ca量的增多在晶界处呈网状分布.Al<,2>Ca是一种高热稳定性的化合物,在长时间的固溶时效处理后未发生变化.加Ca合金力学性能的改善主要得益于Al<,2>Ca相的合成.Ca的加入显著地提高了AE41/AE42铸态合金的室温屈服强度,但降低了合金室温下的抗拉强度和延伸率.Ca提高了AE41/AE42铸态合金高温下(150℃、175℃和200)的抗拉强度和屈服强度.Ca能够有效提高AE41合金时效态(T6)的室温和高温(150℃、175℃和200)下的抗拉强度和屈服强度.与铸态相比,时效处理提高了AE41合金的室温力学性能,但降低了合金的高温力学性能.断口分析表明,Ca的加入没有改变铸态AE41/AE42基合金室温和高温下的断裂模式,但有使合金脆化的倾向.对合金儒变性能的测试结果表明,在AE41/AE42合金中加入合金元素Ca后显著地提高了铸态合金175℃/70MPa下的高温抗蠕变性能,合金稳态蠕变速率显著降低,并且稳态蠕变速率随着加入Ca量增加而逐渐减小.AE41基合金时效态蠕变性能的测试结果显示,在相同的蠕变条件(175℃/70MPa)下,铸态合金的高温抗蠕变性能要优于时效态合金,尤其是AE41基体合金及加入微量Ca的AE4103合金.但这种差别随着加入Ca量的增加而逐渐缩小.合金的流动性测试结果表明,Ca的加入少量地降低了AE41/AE42合金的流动性,降低幅度随含Ca量的增加而增加.对含Ca量相同的合金,RE提高了合金的流动性,但效果不明显.值得一提的是,AC42合金的流动性优于AZ91合金.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1镁及镁合金的概况

1.2镁合金的应用发展及动态

1.3镁合金作为结构材料的研究发展动态

1.4本论文的研究背景、目的及主要内容

参考文献

第二章试验过程及研究方法

2.1工艺路线

2.2镁合金的成分设计

2.3合金制备

2.4拉伸试样的制备和热处理

2.5力学性能测试

2.6合金的流动性

2.7合金成分、组织和相分析

参考文献

第三章Ca合金化AE41的显微组织和力学性能研究

3.1合金的成分设计与制备

3.2合金的显微组织

3.3铸态合金的力学性能

3.4时效态合金的力学性能

3.5铸态合金的拉伸断口分析

3.6分析与讨论

3.7本章结论

参考文献

第四章Ca合金化AE42的显微组织和力学性能研究

4.1合金的成分设计与制备

4.2合金的铸态显微组织

4.3铸态合金的拉伸性能

4.4铸态合金的拉伸断口分析

4.5分析与讨论

4.6本章结论

参考文献

第五章AE41/AE42基合金蠕变性能研究

5.1蠕变试验

5.2铸态合金的蠕变性能

5.3时效态合金的蠕变性能

5.4铸态合金的蠕变组织

5.5分析与讨论

5.6本章结论

参考文献

第六章Ca对AE41/AE42合金流动性的影响

6.1合金流动性测试结果

6.2分析与讨论

6.3本章结论

参考文献

第七章主要结论

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文