Mg-Al系合金组织性能及超塑性研究

摘要

Mg-Al系列镁合金在汽车上有广阔的应用前景，特别是汽车上最具有减重潜力的部件。但是，当温度超过120℃时该系列合金的力学性能大幅度下降，限制了其应用。本文以Mg-Al系合金中最具代表性的AM50合金(Mg-5Al基)和AZ91合金(Mg-9Al基)的组织细化作为研究方向，研究Ca元素对两种合金的组织和性能的影响，并探讨其化学成分、组织结构和性能变化之间的关系，为提高该类合金的力学性能提供理论依据。 利用金相显微镜、扫描电镜、差热分析仪、X射线衍射仪等手段研究了Ca元素对AM50和AZ91合金显微组织的影响。研究结果表明：加入Ca元素后，两种合金中都产生了新的Al2Ca相，β-Mg17Al12数量减少。合金晶粒被细化，AM50-2Ca的平均晶粒尺寸由AM50时的200μm减小到40μm;AZ91-2Ca的平均晶粒尺寸由120μm减小到45μm。Ca元素对AM50合金的细化效果可归结为：Ca元素在熔体中形成的初生Al2Ca相起到了非均质形核作用。而Ca元素对AZ91合金的细化机制主要是凝固过程中固液/界面富集的Ca元素强烈阻碍了α-Mg晶粒的长大。 对挤压态的合金研究表明：Ca元素能改善AM50合金室温抗拉强度和屈服强度，同时合金的高温屈服强度也得到极大提高，但高温时其抗拉强度没有明显变化。Ca也能改善AZ91合金的高温抗拉强度和屈服强度，但降低其室温性能。加入Ca元素改变了两类合金的断裂方式，由原来的解理断裂向准解理断裂转变。硬脆的Al2Ca相产生裂纹是含钙合金拉伸断裂的主要原因。 系统地研究了AZ91-1Ca和AZ91-2Ca合金的超塑性。在实验研究范围内，AZ91-1Ca合金在温度623K和应变速率7.29×10-5s-1时，获得最大延伸率340％，相应的应变速率敏感指数为0.5。AZ91-2Ca在688K和应变速率为7.29×10-5s-1时获得最大延伸率310％，应变速率敏感指数为0.48。其变形机制为晶界滑移(GBS)。由晶内或晶界原子扩散控制的位错蠕变是晶界滑移的主要调节机制。超塑性变形后孔洞形态观察表明：孔洞主要分布在晶界，且与Al2Ca相有密切联系。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1镁合金的特征、性能及其诱惑力

1.2镁合金的主要应用

1.3镁合金的发展趋势

1.4 Mg-Al-Ca系合金的发展沿革与现状

1.5镁合金的超塑性

1.5.1超塑性变形特征

1.5.2超塑性变形的本构关系

1.5.3镁合金超塑性的发展方向

1.6本课题的研究目的

2实验方法及内容

2.1合金配制

2.2试样制备

2.3实验仪器及设备

2.4实验内容

3 Ca元素对AM50合金微观组织和力学性能的影响

3.1引言

3.2 Ca元素对AM50合金铸态组织的影响

3.3 Ca元素对AM50合金微观组织的细化机理

3.4 Ca元素对挤压态AM50合金力学性能的影响

3.4.1显微组织

3.4.2力学性能

3.4.3断口形貌

3.5本章小结

4 Ca元素对AZ91微观组织和力学性能的影响

4.1引言

4.2 Ca元素对AZ91合金铸态组织的影响

4.3 Ca元素对AZ91微观组织的细化机制

4.4 Ca元素对AZ91固溶组织的影响

4.5 Ca元素对挤压态AZ91力学性能的影响

4.5.1显微组织

4.5.2力学性能

4.5.3断口分析

4.6本章小结

5 AZ91-1Ca和AZ91-2Ca合金超塑性的研究

5.1引言

5.2实验结果与讨论

5.2.1温度及应变速率对AZ91-1Ca和AZ91-2Ca合金超塑性的影响

5.2.2应变速率敏感指数m值和激活能Q值

5.2.3显微组织及断口形貌分析

5.2本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢