时效处理对变形镁合金组织性能的影响研究

摘要

镁合金具有比重小、比强度高、电磁屏蔽性能好、抗震性能好等优点，在汽车制造、电子音响设备、航空航天等工业领域具有巨大的应用潜力。此外，镁在地球上有丰富的资源。近年来，节约能源和保护环境的要求促进了镁合金应用的快速增长。目前的镁合金零部件主要通过压铸的方法生产，但压铸件的力学性能较低，故变形镁合金因具有高强度、高延伸率等力学性能而引起了国内外学者的广泛重视。本文以AZ80和ZK60两种典型的高强度变形镁合金为研究对象，考察了时效热处理工艺对微观组织和力学性能的影响，并对材料的时效强化机理及断裂行为进行了研究。 本论文通过适当的热处理规范，利用光学显微镜、扫描电子显微镜、及力学性能试验机等手段，以拉伸试验和常温冲击试验为内容，综合探讨了固溶时效规范对析出相形态及分布从而影响合金力学性能，得到了如下的研究结果： (1)AZ80镁合金硬度随时效温度的升高而增大，而韧性却随温度升高而降低；AZ80镁合金的抗拉强度σb，屈服强度σ0.2，比例极限σp延伸率δ，断面收缩率(ψ)具有相类似的整体变化趋势，基本变化趋势均为随时效温度的升高，先增大后降低，在170℃均存在峰值；在140-200℃时效合金的上述性能都比较高。形成以上结论的原因：根据相图分析，铸态Mg-Zn-Al合金中的相主要有Mg17Al12和二元Mg-Zn相。从AZ80镁合金的金相组织可以看出，随着时效温度的升高，由于第二相β-Mg17Al12离异共晶体从非连续析出，转变为连续析出，从而形成网状组织。由于β-Mg17Al12在低温时较软，起不到钉扎晶界的作用，故机械性能下降，从而合金韧性较高，硬度较低。第二相β-Mg17Al12形成网状分布的温度范围在高于170℃，组织呈网状时力学性能都比较差，170℃是其过时效温度。AZ80镁合金断口主要呈河流状花样，故其常温断裂属于解理断裂。随时效温度升高，断口河流状花样由细小零乱转变为趋向一致的粗大片状，脆断性加剧。从组织来看，在高温时形成网状结构，脆性的Mg17Al12相连续分布于晶界，若有裂纹源存在，裂纹极易沿着网状扩展，从而导致材料的脆性断裂倾向增大。 根据上述力学性能的变化规律可知，140-170℃综合力学性能较高，因此AZ80镁合金适宜时效处理温度为170℃左右。 (2)ZK60镁合金的硬度和冲击韧性随着时效温度的升高，呈现相反的变化趋势，硬度先升高后将低，在170℃最大；冲击韧性先降低后增大，在170℃冲击最低，此外硬度在140-170℃变化较大，而冲击韧性在110-170℃变化较快。ZK60镁合金在低温时效时具有较高的冲击韧性，其它力学性能(如抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、硬度、比例极限等)均在140-170℃具有较高的值。ZK60镁合金常温断裂属于准解理断裂。该合金适宜在140～200℃进行时效处理。 此外，通过分析比较AZ80镁合金与ZK60镁合金的组织性能发现：Z80和ZK60镁合金由于添加元素的不同(AZ80主添加元素为Al，ZK60主添加元素为Zn)，从而导致其组织分布及形态的不同。ZK60由于加入Zr而晶粒较AZ80细小，故通常情况下，其强度等力学性能较AZ80高。 另外，AZ80镁合金与ZK60镁合金的组织性能具有相同点：(1)ZK60与AZ80合金均在中间温度(140-200℃)段时效塑性好，塑性随温度变化趋势一致。 (2)ZK60与AZ80合金微观组织成网状时性能较差。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用权的说明

1绪论

2实验内容、方法及结果

3时效对AZ80镁合金组织性能影响分析讨论

4时效对ZK60镁合金组织性能的影响分析讨论

全文结论

附录

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文