Ca合金化對AE系合金顯微組織和力學(xué)性能的影響.pdf

1、近年來,全球范圍的能源危機和環(huán)境危機日益嚴(yán)重,這就對汽車的輕量化提出了要求.作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料的鎂合金,因具有比強度比剛度高、阻尼性能好等優(yōu)點,在汽車上的應(yīng)用日益廣泛,同時也對鎂合金的力學(xué)性能尤其是高溫力學(xué)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)是目前比較成熟的兩個耐熱鎂合金牌號.它們具有良好的室溫力學(xué)性能,優(yōu)良的高溫力學(xué)性能尤其是高溫抗蠕變性能.但當(dāng)溫度

2、高于175℃時,該合金的蠕變性能下降很快,這大大地限制了它作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍,尤其是目前發(fā)展最快,鎂合金用量日益增大的汽車工業(yè).該文以Mg-Al-RE合金(AE41/AE42)為基礎(chǔ),采用Ca合金化技術(shù),系統(tǒng)地測試了合金和高溫力學(xué)性能、高溫抗蠕變性能以及流動性.同時,運用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)、電子束微區(qū)分析(EDAX)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)等多種分析和測試手段,較系統(tǒng)地

3、研究了Ca合金對AE41/AE42合金組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響和作用機理.研究的目的是為Mg-Al-RE合金的進一步研究和開發(fā)提供理論和實驗依據(jù).研究發(fā)現(xiàn),AE41/AE42合金的鑄態(tài)組織是典型的樹枝晶.RE元素量的增加對Mg-Al-RE合金組織的細(xì)化效果不明顯.在AE41/AE42合金中加入少量Ca元素后,能顯著地細(xì)化合金的鑄態(tài)組織.Ca加入AE41/AE42合金后,形成了新相Al<,2>Ca.此相主要有三種形貌:層片狀、非層片狀和細(xì)

4、小彌散的顆粒狀,主要分布于晶界,并隨加入Ca量的增多在晶界處呈網(wǎng)狀分布.Al<,2>Ca是一種高熱穩(wěn)定性的化合物,在長時間的固溶時效處理后未發(fā)生變化.加Ca合金力學(xué)性能的改善主要得益于Al<,2>Ca相的合成.Ca的加入顯著地提高了AE41/AE42鑄態(tài)合金的室溫屈服強度,但降低了合金室溫下的抗拉強度和延伸率.Ca提高了AE41/AE42鑄態(tài)合金高溫下(150℃、175℃和200)的抗拉強度和屈服強度.Ca能夠有效提高AE41合金時效態(tài)

5、(T6)的室溫和高溫(150℃、175℃和200)下的抗拉強度和屈服強度.與鑄態(tài)相比,時效處理提高了AE41合金的室溫力學(xué)性能,但降低了合金的高溫力學(xué)性能.斷口分析表明,Ca的加入沒有改變鑄態(tài)AE41/AE42基合金室溫和高溫下的斷裂模式,但有使合金脆化的傾向.對合金儒變性能的測試結(jié)果表明,在AE41/AE42合金中加入合金元素Ca后顯著地提高了鑄態(tài)合金175℃/70MPa下的高溫抗蠕變性能,合金穩(wěn)態(tài)蠕變速率顯著降低,并且穩(wěn)態(tài)蠕變速率隨

6、著加入Ca量增加而逐漸減小.AE41基合金時效態(tài)蠕變性能的測試結(jié)果顯示,在相同的蠕變條件(175℃/70MPa)下,鑄態(tài)合金的高溫抗蠕變性能要優(yōu)于時效態(tài)合金,尤其是AE41基體合金及加入微量Ca的AE4103合金.但這種差別隨著加入Ca量的增加而逐漸縮小.合金的流動性測試結(jié)果表明,Ca的加入少量地降低了AE41/AE42合金的流動性,降低幅度隨含Ca量的增加而增加.對含Ca量相同的合金,RE提高了合金的流動性,但效果不明顯.值得一提的是