ZMT713镁合金的组织和性能研究

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镁合金作为最重要的轻合金之一,是目前广泛应用中密度最小的金属结构材料,发展潜力巨大。但是镁合金在应用的广泛性上与钢铁、铝合金等其他结构材料还有一定的差距,主要是由于镁合金在室温下强度不高等缺点限制了镁合金的应用。基于此,研究开发高强度、低成本变形镁合金的重要性不言而喻。Mg-Zn-Mn系变形镁合金综合力学性能较好且成本较低,但室温强度还不够高,本课题为了提高Mg-Zn-Mn系高锌变形镁合金的强度,在高强度ZM71镁合金的基础上添加了3 wt.%的Sn元素(即ZMT713镁合金),Sn元素可细化晶粒提高力学性能。本文利用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析、X射线衍射分析、差热分析、显微硬度测试以及拉伸力学性能测试等手段,对不同状态下的ZMT713变形镁合金的微观组织和室温力学性能进行了系统的表征,确定了合金性能最佳的挤压和热处理工艺。本文得到如下结论:(1)铸态ZMT713合金主要是由α-Mg树枝晶、枝晶间的Mg7Zn3相、少量Mg2Sn和单质Mn所组成。经过均匀化处理,粗大的树枝晶变成了均匀分布的等轴晶,合金中Mg7Zn3共晶相基本溶入基体中,但由于Zn元素在Mg中最大固溶度约6.2wt.%,因此还有少量的Mg7Zn3相分布在晶界和晶内。(2)增大挤压比能有效细化ZMT713挤压态合金的晶粒,使第二相的尺寸更小、分布更均匀,提高合金的强度和延伸率。合金在挤压过程中发生了动态再结晶,挤压比为64的挤压态合金的晶粒最小且大小均匀,第二相也分布更均匀,合金的屈服强度和抗拉强度最高,分别达到250.2 MPa、358.1 MPa,此时延伸率为17.5%。(3)增大挤压比能使时效态合金中析出的时效强化相(Mg-Zn相)更加细小、分布更加弥散。三种挤压比的T5时效态、T6单级时效态、T6双级时效态的ZMT713合金中,挤压比为64的合金经过T6双级时效处理后的强度最高,其屈服强度达到313.3 MPa,抗拉强度达到394.7 MPa,延伸率为8.0%。(4)挤压前的时效处理能使挤压态合金晶粒显著细化,屈服强度和抗拉强度有所提高。与未时效的挤压态合金相比,挤压前经过180℃时效48h后的挤压态合金晶粒普遍显著细化,合金的屈服强度由237.1 MPa上升到243.6 MPa,抗拉强度也从356.4 MPa上升到371.9 MPa,延伸率从13.8%上升到14.6%。
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