Cu元素对AZ80镁合金组织和性能的影响.pdf

中文摘要 摘 要 镁合金作为最重要的轻金属材料之一，由于其独特的优异性能以及良好的发 展潜力，使得其相关研究及开发应用越来越受到国内外的重视。但是与铝合金相 比，镁合金的应用远远未达到广泛的程度，性能上的一些缺点使其应用存在一定 的局限性，所以在高性能镁合金方面的研究引起了学者们越来越多的关注。本文 对常用的AZ80 镁合金进行研究，选择用合金成分优化的方式来提高其性质和应用， 探寻元素在合金中的最优成分范围，设计出性能最好的合金。合金化元素选择Cu 元素，设计含有0, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0 wt% Cu 的AZ80 合金，通过金相组织观察（OM ） 以及扫描电子显微观察（SEM）的表征方法，结合X 射线衍射分析（XRD ）、能谱 分析（EDS ）、差热分析等分析手段，室温力学性能测试以及硬度测试等测试手段， 对AZ80-xCu （x=0 、0.3、0.5、1、2 ）合金进行了系统的研究，分析了添加不同含 量的Cu 元素对AZ80 镁合金显微组织和力学性能的影响。 本文研究内容及结论如下：对铸态、均匀化态和挤压态下的AZ80-xCu （x=0 、 0.3、0.5、1、2 ）合金进行探究，分析其显微组织，结果表明：铸态AZ80-xCu 合 金的主要物相组成为α-Mg 基体相、分布在晶界处的离异共晶Mg17Al12 相以及与离 异共晶相伴形成的第二相 MgAlCu 相。均匀化处理过后，合金中分布于晶界处的 离异共晶组织和析出相基本溶入金属基体中，但在AZ80-2Cu 合金中并未完全溶回 且仍然存在 MgAlCu 相。经过挤压变形后，合金晶粒明显细化，合金发生了动态 再结晶且沿挤压方向存在明显的挤压流线，适量添加Cu 元素能有效改善AZ80 合 金的组织均匀性，促进动态再结晶的完全发生。AZ80-1Cu 和AZ80-2Cu 的平均晶 粒尺寸明显小于AZ80 合金的平均晶粒尺寸，适量添加Cu 元素可以细化合金晶粒 尺寸。随着添加Cu 元素含量的增加，铸态和挤压态AZ80-xCu 合金中MgAlCu 相 的数量增多，且挤压态合金中的MgAlCu 相尺寸随之增大，并在晶界处聚集。 对挤压态AZ80-xCu 合金分别进行了T5 和T6 热处理工艺，关注合金的时效 析出行为，探究了T5 和T6 时效态AZ80-xCu 合金的时效强度以及显微组织，分 析添加Cu 元素对合金时效析出的影响，结果表明：合金经过T5 热处理后，形成 了连续Mg17Al12 析出相和非连续Mg17Al12 析出相，挤压态合金经过420 ℃/2 h 以及 440 ℃/2 h 的固溶处理，Mg17Al12 相均已基本溶入金属基体中，当固溶温度为440 ℃ 时，能固溶更多的 MgAlCu 相，但其组织粗化严重，最后选择 420 ℃/2 h 作为 AZ80-xCu 合金的固溶工艺参数。合金经过T6 热处理后，合金中析出Mg17Al12 连 续析出相和Mg17Al12 非连续析出相。适量添加 Cu 元素可以促进Mg17Al12 连续相 的析出，增大连续相的密度。五种合金中T6 态AZ80-0.3Cu 合金连续析出相的尺 I 重庆大学硕士学位论文 寸最小，密度最大。合金中的 MgAlCu 相会抑制非连续析出相的产生，随着添加 Cu 含量的增加，T5 和T6 态合金中MgAlCu 相的数量增加，非连续析出相区域减 少而连续析出相区域增加。 对挤压态、T5 和T6 时效态AZ80-xCu 合金分别进行了室温力学性能测试，分 析Cu 元素对AZ80 镁合金力学性能的影响，结果表明：对于AZ80 合金而言，对 其进行T5 热处理能够得到最优的力学性能。而与挤压态合金的力学性能相比，T5 和T6 时效态AZ80-xCu 合金的强度明显提高而延伸率降低。对于挤压态和T5 时 效态的AZ80 镁合金，添加Cu 元素并不能有效改善其力学性能，过量的添加反而 会降低合金强度。而对于T6 时效态AZ80 镁合金，添加Cu 元素可以明显提高其 力学性能。通过比较，T6 时效态AZ80-0.3Cu 合金屈服强度为308.9 MPa，抗拉强 度为455.9 MPa ，延伸率为7.3%，拥有最优的综合力学性能。 研究说明了T