Mg-Si二元合金的制备及Si对AZ31组织和性能的影响

摘要

Mg2Si作为提高镁合金高温性能的有效强化相,具有高硬度,高熔点,高弹性模量,低密度,低热膨胀系数等特点。本文根据4Mg+SiO2=Mg2Si+2MgO化学反应的原理,以Mg和SiO2为原料设计并制备Mg-Si二元合金。利用研制的Mg-Si二元合金,采用普通凝固法制备Mg2Si/AZ31合金。使用光镜(OM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、拉伸实验、硬度测试等方法观察显微组织,测试性能。经分析得到如下结论：
　　1、以纯镁和高纯度石英粉,石英砂,普通玻璃粉为原料制备Mg-Si二元合金。制备出的过共晶合金组织一般是由初生Mg2Si相、(Mg2Si+a-Mg)共晶组织和α-Mg相不同比例组成。分别以高纯度石英粉,石英砂,普通玻璃粉为原料,浇注温度760-℃制备Si含量(配入量)10％的合金,高纯度石英粉的吸收率59.2%,石英砂吸收率47.2%,普通玻璃粉吸收率28%。原料中Si含量越高,越易得到高Si含量的Mg-Si二元合金；原料粒度越细,越易获得高Si含量的Mg-Si二元合金。
　　2、利用研制的Mg-Si二元合金,采用普通凝固法制备了Mg2Si/AZ31合金。Sb对Mg2Si/AZ31合金中初生Mg2Si相有明显的细化作用。在AZ31-4.0Si合金中加入2%的Sb,合金中的初生Mg2Si可以完全转变成共晶Mg2Si。
　　3、Si含量对Mg2Si/AZ31合金的力学性能有明显的影响,随着Mg2Si/AZ31合金中Si含量的增加,Mg2Si的体积分数提高,合金的硬度提高,抗拉强度和伸长率下降；Mg2Si颗粒越细小,合金的抗拉强度和伸长率越高。通过后续加工,细化Mg2Si有望获得高温性能好的Mg2Si/AZ31合金。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 镁合金中主要合金元素的作用

1.2.1 Al

1.2.2 Zn

1.2.3 Sb

1.2.4 Si

1.2.5 Sn

1.2.6 稀土元素

1.3 主要高温镁合金

1.3.1 镁铝系

1.3.2 镁锌系

1.3.3 镁稀土系

1.4 镁合金的强化机制和途径

1.4.1 细晶强化

1.4.2 固溶强化

1.4.3 析出强化

1.4.4 弥散强化

1.5 Mg-Si合金的研究现状

1.5.1 Mg_2Si的应用

1.5.2 Mg-Si的制备技术

1.6 本课题的研究意义、目的及内容

1.6.1 本课题研究意义、目的

1.6.2 本课题的研究内容

2 热力学计算

2.1 概述

2.2 计算原理

2.3 计算过程

2.4 小结

3 实验方法

3.1 实验材料

3.1.1 原位自生Mg_2Si/Mg合金的制备

3.1.2 普通凝固制备AZ31-Si-Sb合金

3.2 样品分析方法

3.2.1 金相组织观察

3.2.2 XRD物相分析

3.2.3 扫描电镜分析

3.3 性能测试

4 Mg-Si二元合金的制备及组织

4.1 Mg-Si二元合金组织

4.1.1 以纯镁和高纯度石英粉为原料制备的Mg-Si二元合金

4.1.2 以纯镁和石英砂作为原料制备Mg-Si二元合金

4.1.3 以纯镁和普通玻璃粉作为原料制备Mg-Si二元合金

4.2 分析讨论

4.2.1 工艺、成分、原料对合金组织的影响

4.2.2 非平衡结晶组织

4.2.3 孪晶

4.3 小结

5 Mg_2Si/AZ31的组织和性能

5.1 前言

5.2 Mg_2Si/AZ31合金组织

5.2.1 铸态AZ31-1.0Si-0.5Sb合金

5.2.2 铸态AZ31-2.0Si-1.0Sb合金

5.2.3 铸态AZ31-3.0Si-1.5Sb合金

5.2.4 铸态AZ31-4.0Si-2.0Sb合金

5.2.5 铸态AZ31-4.0Si合金

5.3 力学性能

5.3.1 硬度

5.3.2 拉伸性能

5.3.3 拉伸断口形貌分析

5.4 小结

6 结论

致谢

参考文献

在校期间发表论文