铸造镁合金强化机理及显微组织分析

AZ80镁合金组织性能及其成型的关键技术引言金属镁始于1808年为人所知，直到1886年德国才开始将其用于工业领域。

镁有广泛的用途，主要包括烟火制造、冶金，化学、电化学和结构件的应用。

由于镁合金具有重量轻、比强度高、阻尼减振性好等优点，因而将其作为结构件被广泛地应用于航空航天、3C电子产品及交通运输等领域。

目前，这些结构件都以铸造件特别是压铸件的应用为主，高性能的变形镁合金材料还处于研发和推广阶段。

在变形镁合金中。

AZ80镁合金表现出最为优良的力学性能，通过合理改善其形变及热处理工艺能进一步提高其强度。

本文主要介绍镁合金、AZ80镁合金的组织性能和关特征及其成型的关键技术。

1 镁合金及AZ80镁合金的组织性能1.1 镁合金的特点镁合金和铝合金的合金化原理几乎相同，都是通过加入合金元素，产生固溶强化、时效强化、细晶强化及过剩强化作用，以提高合金的机械性能、抗腐蚀性能和耐热性能。

镁合金中常加入的合金元素有Al、Zn、Mn、Zr及稀土元素等。

Al在Mg中即可产生固溶强化作用，又可析出沉淀强化相Mg，Al有助于提高合金强度；Zn在Mg中除固溶强化作用外，也可产生时效强化相MgZn，但效果不如Al显著，一般需与其他合金元素同时加入；Mn加入Mg中主要为提高合金的耐热性和抗蚀性，改善合金的焊接性能；Mg中加入的少量Zr，除细化晶粒外，还从合金的成分来看，目前工业中应用的镁合金主要集中于Mg—Al—Zn、Mg—Zn—Zr、Mg—Re—Zn 和Mg一Re—Zr等几个合金系，其中前两个是发展高强镁合金的基础。

从生产工艺和性能的特点，上述镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金两大类，其编号采用汉语拼音字母加序号。

同一系列的镁合金既有可以作为变形合金，又有可以作为铸造合金：其中既可能含Zr又可能不含Zr。

因此，对于不同的镁合金，它的性质特点也会不相同。

金属镁及其合金是迄今在工程上应用的最轻的结构材料，具有其它金属材料不可替代的优越性，镁合金具有以下几个特点：(1)镁合金的比重小，是目前最轻的结构材料，其密度在1.75～1.859/cm³之间，约为铝合合密度的1/3～l/2，约为钛合金的1/3，不到钢密度的1/4。

镁合金微观组织和力学性能优化设计分析镁合金是一种重要的结构材料，具有很大的应用潜力。

然而，由于其低的塑性变形能力和较高的变形特性，镁合金在实际应用中存在着一些局限性。

因此，对镁合金的微观组织和力学性能进行优化设计分析是非常重要的。

镁合金的微观组织是影响其力学性能的重要因素之一。

常见的镁合金微观组织包括晶粒大小、相分布和相形貌等。

晶粒的细化可以提高合金的强度和塑性，并且有利于防止晶界腐蚀。

因此，一种常用的方法是通过增加合金中的细化相来细化晶粒。

例如，通过添加微量的稀土元素可以形成细小的稀土Mg基化合物，从而细化合金中的α-Mg相。

此外，合金的热处理也可以改善其微观组织。

通过适当的热处理工艺，可以获得均匀的细小晶粒和均一的相分布。

除了微观组织的优化，合金的力学性能也可以通过合金成分的设计进行优化。

常见的合金元素包括Al、Zn、Mn、Ca等。

这些合金元素可以通过与Mg形成亚稳定的化合物来提高合金的强度和塑性。

例如，Al的添加可以形成Mg17Al12相，提高合金的强度。

然而，过多的合金元素添加会导致合金的塑性下降。

因此，在合金成分的设计中，需要考虑合金元素的含量和相互作用，以达到合金强度和塑性的平衡。

在实际设计中，通过合金的热处理和成形工艺可以进一步优化镁合金的微观组织和力学性能。

热处理是指将合金加热到一定温度并保温一段时间，然后快速冷却以改变合金的微观组织。

常用的热处理方法包括固溶处理、时效处理和退火处理。

固溶处理可以使合金中的溶质原子溶解在基体中，从而提高合金的塑性。

时效处理可以通过形成亚稳定相来提高合金的强度。

退火处理则可以通过改善晶粒形态和晶界特性来提高合金的塑性。

成形工艺包括拔丝、挤压、铸造等，可以通过改变合金的形状和微观组织来提高合金的力学性能。

例如，通过拔丝可以使晶粒形状变细，并且有利于织构发展，从而改善合金的力学性能。

综上所述，优化镁合金的微观组织和力学性能是一项复杂的工作，需要综合考虑合金成分、热处理和成形工艺。

西安理工大学博士学位论文３ＣＴ－Ｍｇ．Ｚｎ．Ｙ的组织与性能本章研究普通凝固条件下，Ｍｇ－Ｚｎ．Ｙ镁合金的组织和力学性能。

３．１ＣＴ－Ｍｇ．Ｚｎ．Ｙ合金的组织３．１．１合金的组织ＣＴｏＭｇ－Ｚｎ．Ｙ合金的金相组织如图３－１。

组织由白色枝晶ａ－Ｍｇ和枝晶间层片共晶或灰白色的枝晶问化合物组成。

实验成分条件下，ｚＩｌ、Ｙ含量增加，枝晶略细化，如图３．１（ａ）、（ｃ）、（ｃ）所示。

其中，枝晶问组织形貌如图３－２所示。

翻３－１不同成分ＣＴ－Ｍｇ－Ｚｎ．Ｙ合金的组织Ｆｉｇ．３－１ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＣＴ－Ｍｇ－Ｚｎ—Ｙａｌｌｏｙｓ（ａ），（ｂ）ＣＴ－Ａ１ａｌｌｏｙ；（ｃ），（ｄ）ＣＴ－Ｂ１ａｌｌｏｙ；（ｅ），（０ＣＴ－Ｂ２ａｌｌｏｙ｜芏｜３－２ＣＴ－Ｍｇ·Ｚｎ·Ｙ台金技品川组织Ｆｉｇ．３－２ＴｈｅｍｉｃｍｓｔｒｕｃｔｕｒｃｓｂｅｔｗｅｅｎｄｅｎｄｒｉｔｅａＴｌｎｓｏｆｔｈｅＣＴ－Ｍｇ－Ｚｎ—Ｙａｌｌｏｙｓ（ａ）ＣＴ－Ａ１ａｌｌｏｙ；（ｂ）ＣＴ－Ｂ１ａｌｌｏｙＸＲＤ衍射分析结果表明，ＣＴ－Ａ１合金组织ａ－Ｍｇ和Ｚ（Ｍ９３ＹＺｎ６）相组成。

ＣＴ－Ｂ１合金组织由ｍＭｇ、Ｗ（Ｍ９３Ｙ２７－－，ｎ３）、ｚ和ＭｇＺｎ相组成。

ＣＴ－Ｂ２㈣ａ－Ｍｇ、ｚ和ＭｇＺｎ相组成，如图３－３所示。

其中，Ｗ相为立方结构１２６，１５８１，ｚ相为二十面体准晶结构［１５９１。

㈣’（ｔｏｌｄｏ口．Ｍｇ△Ｚ－ｐｈａｓｅ蔓覆ｎｄＬＬ缺拿盖一２０３０４０５０６０７０８０２０／ｏ（ｂ）１００ｈ）口ａ－Ｍｇ△Ｚ－ｐｈａｓｅＯＷ－ｐｈａｓｅ６Ｍｇｚｎ，、是。

謇）甲口曾成涟ｌ。

：烛？土ｌ２０３０４０５０６０７０８０２０／ｏ咖踟鲫伽姗懈咖鲫伽枷３ＣＴ－Ｍｇ—Ｚｎ—Ｙ的组织与性能包括ｚ相。

当ｚｎ与Ｙ原子比为２：１时，完全析出ｗ相，当Ｚｎ与Ｙ原子比为１：２时，则形成了Ｘ（Ｍ９１２ｙｚｎ）相‘４２，蜘。

凝固过程中，是否形成金属问化合物是Ｗ相或ｚ相主要取决于合金凝固过程中结晶前沿ｚＩＩ与Ｙ的原子比。

高强高韧铸造Mg-Al-Zn合金相平衡热力学及其组织、性能研究的开题报告题目：高强高韧铸造Mg-Al-Zn合金相平衡热力学及其组织、性能研究一、研究背景轻量化是当前汽车制造和航空航天工业发展的重要趋势，而镁合金由于其优越的轻量化特性，正在逐渐替代传统重量材料。

然而，目前市场上的镁合金主要是Mg-Al系合金，其力学性能相对较低，需进一步提高。

Mg-Al-Zn合金是一种开发潜力大的新型镁合金，其合金元素之间的作用和平衡是其性能优越的关键。

因此，对Mg-Al-Zn合金的相平衡热力学和组织、性能进行研究，对于其改性、优化性能具有重要意义。

二、研究目的本研究旨在探究高强高韧铸造Mg-Al-Zn合金的相平衡热力学、显微组织及力学性能，寻求其优化途径，为镁合金材料的开发与应用提供参考。

三、技术路线1. 合金样品制备：采用真空感应熔炼法或带状铸造法，控制合金成分、温度和制样过程，制备Mg-Al-Zn合金试样。

2. 相平衡热力学研究：采用热重和热差分等热分析技术，通过计算热力学参数，构建合金元素之间的相平衡图，探究其相互作用关系。

3. 显微组织研究：采用金相显微镜、扫描电子显微镜等显微结构分析技术，观察合金的显微组织特征，分析其晶粒尺寸、形态和分布情况等。

4. 力学性能测试：采用拉伸试验仪等测试设备，对Mg-Al-Zn合金的力学性能进行测试，如屈服强度、延伸率和硬度等。

四、预期研究结果通过相平衡热力学和组织、性能研究，预期获得以下研究结果和结论：1. 构建Mg-Al-Zn合金的相平衡图，分析其结构和热力学性质。

2. 研究Mg-Al-Zn合金的显微组织特征，分析晶粒尺寸、形态和分布情况。

3. 借助力学性能测试，评估Mg-Al-Zn合金的机械性能，探讨其优化途径。

五、论文结构安排本文共分为六个部分：第一章：绪论，介绍镁合金的研究现状和发展趋势，阐述研究背景和目的。

第二章：合金样品制备，详细介绍Mg-Al-Zn合金的制备方法、成分和制样过程等。

镁合金微观组织和力学性能与成分设计相关性分析镁合金是一种重要的结构材料，具有低密度、高比强度和高特殊刚度等优点。

然而，由于其低的塑性变形和低的抗蠕变性能，镁合金在高温、高负载和高应变率下的应用受到了限制。

为了改善镁合金的力学性能，研究人员进行了大量的工作，其中关注镁合金的微观组织和成分设计对其力学性能的影响。

镁合金的微观组织是由晶粒和第二相组成的。

晶粒尺寸和晶界对材料的力学性能有显著影响。

通常，较小的晶粒尺寸可以提高材料的强度和韧性。

一方面，较小的晶粒尺寸可以增加晶界和位错的数量，从而阻碍位错的运动，增加材料的强度。

另一方面，较小的晶粒尺寸可以增加晶界的长度，从而增加材料的韧性。

因此，在设计镁合金的微观组织时，可以通过合理地控制固溶处理温度和时间来控制晶粒尺寸。

第二相是指在镁基体中稳定存在的弥散相或析出相。

第二相的存在可以显著改善镁合金的力学性能。

根据不同的应用要求，可以选择不同类型的第二相。

一些常见的第二相包括Mg17Al12、Al2Ca、Mg2Si、MgB2等。

这些第二相可以通过添加合适的合金元素或通过合理的热处理来形成。

例如，通过添加少量的Al元素，可以形成Mg17Al12相，可以显著提高镁合金的强度和硬度。

通过适当的热处理，可以实现第二相的析出和弥散分布，从而提高材料的韧性。

成分设计是指选择适当的合金元素和控制其含量以实现所需的力学性能。

合金元素的选择和含量对材料的晶体结构和晶粒尺寸有重要影响。

例如，在镁合金中添加较少的Al和Zn元素可以稳定Mg2Si相的形成，从而细化材料的晶粒尺寸。

另外，通过适当的合金元素选择和含量控制，还可以实现相的稳定和细化。

除了微观组织和成分设计外，固溶处理和热处理也是优化镁合金力学性能的重要手段。

通过合适的固溶处理工艺，可以实现合金元素的固溶和固液平衡，从而控制组织的稳定和晶粒的生长。

热处理是指在一定的温度和时间条件下对材料进行加热和冷却处理，以实现组织和力学性能的调控。

铸造合金的塑性变形与强化机制铸造合金是一种通过高温熔炼和铸造工艺制备的金属材料，具有优异的力学性能和化学稳定性。

在使用过程中，铸造合金的力学性能往往需要通过塑性变形和强化机制进行改善。

本文将深入探讨铸造合金的塑性变形和强化机制，以及如何应用于实际工程中。

一、塑性变形机制塑性变形是指材料在外部加载下，在不改变化学成分的条件下，发生形状和尺寸变化的过程。

铸造合金的塑性变形机制主要包括滑移变形和孪晶形变。

1. 滑移变形滑移变形是铸造合金的常见变形机制之一。

在应力作用下，合金中的晶体发生位错运动，原子间的位错在晶面上滑移，形成滑移带，从而导致材料整体的塑性变形。

滑移变形可以增加材料的延性和韧性，提高其抗变形能力。

2. 孪晶形变孪晶形变是指合金晶粒在变形过程中发生取向关系突变，形成孪晶结构。

合金中的孪晶具有较高的位错密度和晶界能量，因此在塑性变形中扮演重要角色。

孪晶形变可以提高材料的强度和硬度，但对延性和韧性的影响较小。

二、强化机制强化是指通过添加合金元素或采取特定的热处理工艺，使铸造合金的力学性能得到提升。

常见的强化机制包括固溶强化、析出强化和取向强化。

1. 固溶强化固溶强化是通过向合金中加入固溶元素，使其溶解在基体中形成固溶体，从而提高合金的强度和硬度。

固溶元素的溶解度取决于温度和固溶元素浓度等因素。

固溶强化一般在高温下进行，然后通过快速冷却来保持固溶态，防止固溶元素重新析出。

2. 析出强化析出强化是在固溶体基体中形成微观尺寸小、分布均匀的析出物，如合金化合物、过饱和固溶体、间二相等，通过构筑复杂的位错和晶界结构，阻碍位错滑移和晶界移动，从而增加合金的强度和硬度。

3. 取向强化取向强化是通过优化合金的晶体取向结构，使其滑移带方向与应力方向更为一致，从而提高塑性变形的难度，增加合金的强度。

取向强化通常通过控制合金的凝固过程和热处理工艺来实现。

三、应用于实际工程中铸造合金的塑性变形和强化机制在工程实践中得到广泛应用。

摘要挤压变形AZ31镁合金组织以绝热剪切条纹和细小的α再结晶等轴晶为基本特征。

挤压变形可显著地细化镁合金晶粒并提高镁合金的力学性能。

随挤压比的增大,晶粒细化程度增加,晶粒尺寸由铸态的d400μm减小到挤压态的d12μm(min);强度、硬度随挤压比的增大而增大,延伸率在挤压比大于16时呈单调减的趋势。

轧制变形使板材晶粒明显细化,硬度提高。

AZ31合金中添加Ce,其铸态组织中能够形成棒状Al4Ce相,并能改善合金退火态组织和力学性能;添加Ce可以改善AZ31的综合力学性能。

关键词:AZ31变形镁合金;强化机制；组织；性能绪论20世纪90年代以来,作为最轻金属结构材料的镁合金的用量急剧增长,在交通、计算机、通讯、消费类电子产品、国防军工等诸多领域的应用前景极为广阔,被誉为“21世纪绿色工程材料”,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点。

大多数镁合金产品主要是通过铸造生产方式获得,变形镁合金产品则较少。

但与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品消除了铸造缺陷,组织细密,综合力学性能大大提高,同时生产成本更低,是未来空中运输、陆上交通和军工领域的重要结构材料。

目前，AZ31镁合金的应用十分广泛,尤其用于制作3C产品外壳、汽车车身外覆盖件等冲压产品的前景被看好,正成为结构镁合金材料领域的研究热点而受到广泛重视。

第1章挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响1.1 挤压变形组织特征及挤压比的影响作用图1-1为动态挤压变形过程中的组织变化。

动态变形过程大致分为3个区域:初始区、变形区和稳态区，分别对应着不同的组织。

图1-1a为初始区挤压变形前的铸态棒料组织。

由粗大的α-Mg树枝晶和分布其间的α-Mg+Mg17Al12共晶体组成,枝晶形态十分发达，具有典型的铸造组织特征。

晶粒尺寸为112~400μm。

图1-1b为变形区近稳态区组织。

图中存在大量无序流线,流线弯曲度大、方向不定且长短不一，显然这种组织特征是在挤压力作用下破碎的树枝晶晶臂(α固溶体)发生滑移、转动的结果。