热处理对Mg-7Zn-0.3Mn-xCu镁合金微观组织及性能的影响

• 作 者: 杨剑桥
• 出 处: 兰州理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: Mg-7Zn-0.3Mn-xCu镁合金 显微组织 半固态演变 热处理 析出相

压铸成形是制备镁合金工件的常用方法,液态压铸件无法通过热处理进一步提高性能,而半固态压铸件是可以进行热处理的,这为解决镁合金工件的生产问题提供了一条新的途径。然而目前用于半固态成形的各种牌号镁合金热处理强化效果较差,不能充分发挥半固态成形可热处理的这一优势。Mg-Zn-Mn基合金是具备良好时效强化效应的镁合金,本文在Mg-7Zn-0.3Mn合金的基础上添加了微量Cu元素,以期该新型合金在半固态成形技术下不仅具备较优的热处理效果,也可满足半固态成形对微观组织的要求,为达到这一目标,本文通过OM、XRD、SEM、TEM和硬度测试等方法,得出了以下结论:首先,对铸态Mg-7Zn-0.3Mn-x Cu合金的组织及硬度进行了研究,结果表明:添加Cu元素后,有新相CuMgZn形成,含Cu的三种实验合金均由α-Mg和共晶组织（α-Mg+CuMgZn+MgZn₂+Mg₄Zn₇）组成。当Cu含量为1.0wt.%时,对晶粒的细化效果最优,合金的组织改善效果最好,硬度最大,达到了54.3HV。随后,通过半固态等温热处理,对Mg-7Zn-0.3Mn-x Cu合金半固态组织的演变过程进行了研究,结果表明:Cu元素的添加能明显加快非枝晶组织的分离及球化。在Cu含量为1.0wt%、最佳工艺条件585°C×20min下,初生颗粒的平均尺寸、形状因子、固相率分别为38.85μm、1.39和53.38%;经水淬获得的半固态非枝晶组织中,由固液两相组成,固相包含α₁-Mg和α₂-Mg相两部分,液相包括固相颗粒间的熔池、固相颗粒内的“小液池”和液态薄膜三部分。然后,研究了T4、T6热处理对铸态Mg-7Zn-0.3Mn-1Cu合金组织和硬度的影响,结果表明:铸态Mg-7Zn-0.3Mn-1Cu合金经410°C×32h固溶处理及160°C×15h时效处理后,达峰时效状态,同时有大量CuMgZn和MgZn₂沉淀相在晶界和晶内处呈均匀弥散分布,峰值硬度为88.2 HV。较相同热处理条件下的Mg-7Zn-0.3Mn合金达到峰值硬度时间缩短了5 h,硬度增大了7.9 HV。最后,对Mg-7Zn-0.3Mn-1Cu合金在585°C保温20 min后的半固态组织进行了固溶和时效研究,结果表明:非枝晶态Mg-7Zn-0.3Mn-1Cu合金在固溶处理过程中,共晶组织逐渐向其二次凝固区域及初生α-Mg颗粒溶解,且初生固相颗粒之间呈合并长大趋势;非枝晶态Mg-7Zn-0.3Mn-1Cu合金于时效初期,有原子团簇或G.P.区的存在,同时有少量沉淀相析出;于峰时效时,两类强化相分布更为均匀,数目也明显增多。一类为数量较多对合金具有明显强化效果且垂直于{0001}_Mg基面的长棒状β₁’相;另一类为强化效果较弱且平行于{0001}_Mg基面的盘状β₂’相。