固溶处理对镁合金组织和耐腐蚀性能的影响毕业论文(编辑修改稿)

固溶处理对镁合金组织和耐腐蚀性能的影响毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

其余 AZ80A (最小 ) （ 最大） （最大） （最大） （最大） 其余 M1A （最大） （最大） （最大） 其余 ZK60A ~ （最小） 长春工业大学本科毕业论文 8 合金元素对合金组织和力学性能的影响 合金元素对镁合金的组织和性能有着重要影响，镁合 金的主要合金元素有 Al、Zn 和 Mn等，有害元素有 Fe、 Ni 和 Cu等 [13]（见图 12） 图 12 合金元素对镁合金的组织和性能的影响 (1) 铝 在固态镁中具有较大的固溶度，其极限固溶度为 ％，而且随温度的降低显著减少，在室温时的固溶度为 ％左右。 铝可改善压铸件的可铸造性，提高铸件强度。 但是， Mg17Al12 在晶界上析出会降低抗蠕变性能。 特别是在 AZ91 合金中这一析出量会达到很高。 在铸造镁合金中铝含量可达到 7％～ 9％，而在变形镁合金中铝含量一般控制在 3％～ 5％。 铝含量越高 ，耐蚀性越好。 但是，应力腐蚀敏感性随铝含量的增加而增加。 (2) 锌 在镁合金中的固溶度约为 ％，其固溶度随温度的降低而显著减少。 锌可以提高铸件的抗蠕变性能。 锌含量大于 ％时对防腐性能有负面影响。 原则上锌含量一般控制在 2％以下。 锌能提高应力腐蚀的敏感性，明显地提高了镁合金的疲劳极限。 表 33 合金元素对镁合金性能的影响 元素 熔炼及铸造性质 力学性能 腐蚀性能 Ag 在同时加入稀土时改善高温抗拉和蠕变性能 对腐蚀不利 Al 改善铸造新年更，有 提高强度，低温下（＜ 提高耐腐蚀行，增加长春工业大学本科毕业论文 9 形成显微疏松的倾向 120℃）沉淀硬化，对蠕变性能不利 应力腐蚀敏感性 Be 在很低浓度时，可明显降低熔体表面的氧化，导致晶粒粗大 Ca 有效地晶粒细化作用，可抑制熔融金属的氧化 改善蠕变性能 对腐蚀不利 Cu 易形成金属玻璃的合金系，改善组造型能 对腐蚀不利，必须限制 Fe 镁与低碳钢几乎不反应 对腐蚀不利，必须限制 Li 增大蒸发及燃烧危险，只能在有保护的及密封的炉中熔炼 降低密度，增加延性 降低耐腐蚀行，镁铝锌合金在空气中也产生应力腐蚀 Mn 以沉淀 FeMnAl 化合物来控制铁含量，细化 沉淀产物 提高韧性，增大蠕变抗力 由于控制铁的作用而提高耐腐蚀性，过量的锰则增加腐蚀速度 Ni 易形成非晶态的合金系 对腐蚀不利，必须限制 RE 改善铸造性能，减少显微缩松，细化晶粒 在室温下和高温下古榕强化和沉淀硬化，改善高温抗拉及蠕变性能 提高耐蚀性，提高应力腐蚀敏感性 Si 降低铸造性能，与许多其他合金元素形成稳定的硅化物，与铝、锌及银相容，弱的晶粒细化剂 改善蠕变性能 有害 Th 抑制显微缩松 改善高温抗拉及蠕变性能，改善延性最有效 Y 晶粒细化作用 改善高温抗拉及蠕变性能 改善腐蚀行 为 Zn 增加溶体流动性，弱的晶粒细化剂，有形成显微缩松和热裂的倾向 沉淀硬化，改善室温强度，如不加入 Zr则有脆化及热脆倾向 较小影响，增加应力腐蚀敏感性 Zr 最有效的晶粒细化剂，与硅铝锰不相容，从熔体中清除铁铝硅 改善室温下抗拉强度 提高耐蚀性，降低应力腐蚀敏感性 (3) 锰 在镁中的极限溶解度为 ％。 在镁中加入锰对合金的力学性能影响不大，但降低塑性，在镁合金中加入 1％～ ％锰的主要目的是提高合金的抗应力腐蚀倾向，从而提高耐腐蚀性能和改善合金的焊接性能。 锰略微提高合金的熔点，在含铝的镁 合金中可形成 MgFeMn 化合物，可提高镁合金的耐热性。 由于冶炼过程中带入较多的元素 Fe，通常有意加入一定的合金元素 Mn 来去除 Fe。 (7) 稀土元素 常用的稀土元素 (RE)有 Y和混合稀土 (MM)，混合稀土包括 Ce、 Pr、 La、 Nd 等。 长春工业大学本科毕业论文 10 各种稀土元素在镁中的溶解度相差很大， Y在镁中的极限固溶度最大，为 ％； Nd居中，为 ％； La和 Ce 最小，分别为 ％和 ％。 稀土元素可显著提高镁合金的耐热性，细化晶粒，减少显微疏松和热裂倾向，改善铸造性能和焊接性能，一般无应力腐蚀倾向，其耐蚀性不亚于其它 镁合金。 Fe、 Ni、 Cu、 Co 四种元素在镁中的固溶度很小，在其浓度小于 ％时就对镁产生非常有害的影响，加速镁的腐蚀 [14]。 合金元素对镁合金性能的影响见表 33。 MgAlZn 合金最典型和常用的镁合金是 AZ91D，其压铸组织是由  相和在晶界析出的 β 相组成。 MgAlZn 合金组织成分常常出现晶内偏析现象，先结晶部分含 Al量较多，后结晶部分含 Mg 量较多。 晶界含 Al 量较高，晶内含 Al 量较低；表层 Al含量较高，里层 Al 含量较低。 另外，由于冷却速度的差异，导致压铸组织表层组织致密、晶粒细小；而心部组织晶粒 比较粗大。 因而表面层硬度明显高于心部硬度。 研究表明，随 AZ91D 压铸件厚度的增加，铸件的抗拉强度及蠕变抗力下降。 固溶处理的作用 固溶处理 ， 指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到 过饱和固溶体 的热处理工艺。 主要是改善钢和合金的 塑性 和韧性，为 沉淀硬化 处理作好准备等。 使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。 固溶与时效处理 固溶热处理 ： 指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到 过饱和固溶体 的热处理工艺。 时效处理 ： 可分为自然时效和 人工时效 两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生形，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～ 650℃ 进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底 ， 根据合金本性和用途确定采用何种时效方法。 高温下工作的铝合金适宜用人工时效，室温下工作的铝合金有些采用自然时效 ，有些必须人工时效。 从合金强化相上来分析，含有 S相和 CuAl2等相的合金，一般采用自然时效，而需要在高温下使用或为了提高合金的屈服强度时，就需要采用人工时效来强化。 比如 LY11和 LY12， 40 度以下自然时效可以得到高的强度和耐蚀性，对于 150℃ 以上工作的 LY12和 125250℃ 工作的 LY6铆钉用合金则需要人时效。 含有主要强化相为 MgSi， MgZn2的 T 相的合金，只有采用人工时效强化，才能达到它的最高强度 [15]。 长春工业大学本科毕业论文 11 对于一般 镁 合金，自然时效时，屈服强度稍低而耐蚀性较好，采用人 工 时效时，合金屈服强度较高而伸长率和耐蚀性都降低。 对于铝－锌－镁－铜系合金入 LC4则相反，当采用人工时效时，合金耐蚀性比自然时效好。 稀土镁合金 稀土镁合金的发展现状 （ 1）稀土耐热镁合金 目前世界各国含稀土铸造镁合金已占牌号总数的 50%以上 ,稀土镁合金中稀土金属的质量分数一般在 %～ 3%。 其主要机制是稀土元素使晶界和相界扩散渗透性减少 ,使相界的凝聚作用减慢 ,且第二相在整个持续时间内始终是位 错运动的有效障碍 ,稀土元素可减少金属表面氧化物缺陷；加入稀土元素后 (如 Ce),能在晶界生成高熔点化合物 (如 Mg12Ce)对晶粒起钉扎作用 [16],从而提高合金的高温强度和蠕变强度 ,且稀土含量增加 ,合金蠕变速率降低；在镁基体中稀土元素具有较大的固溶度 ,且随温度的下降 ,固溶度也降低 ,满足与 Mg 形成时效型合金的必要条件。 大多数镁稀土合金形成共晶反应 ,并且由于晶间热稳定性高的化合物存在 ,使 Mg2RE合金具有良好的蠕变性能 ,在 200℃～ 250℃时仍具有良好的抗蠕变性能。 到目前为止 ,稀土元素如 Y、 Sc、 Gd 在耐热镁合金 中的作用研究已取得突破性进展。 （ 2） 稀土阻燃镁合金 最近有研究人员在镁合金中通过添加稀土 La、 Ce和混合稀土来提高起燃温度进行了研究。 为提高镁合金着火点 ,在镁合金中加入 Ca、 Be 等元素 ,可使着火点提高约200℃～ 250℃； Ca 的加入使合金晶粒粗大 ,力学性能变差 ,以致失去使用价值；但在加入 Ca、 Be 等元素的同时 ,添加适量的 RE 后可减弱这一不良影响 ,使着火点提高250℃ ,且力学性能接近 AZ91D 合金的 [17]。 国内研制开发的 Mg2Be2RE 稀土镁合金 ,其着火点可提高 250℃ ,且力学性能与 AZ91D 相当 ,是一 种很实用的阻燃镁合金。 （ 3） 稀土高强度镁合金 现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。 《引用》李亚国等人针对Mg2Zn2Zr 系合金加入稀土 Y做了大量工作 ,得出在 Mg2Zn2Zr系合金中添加 w(Y)=%,可使合金抗拉强度有较大提高 ,并认为 Y 可在合金中起变质作用 ,改善合金的金相组织 ,同时在挤压工艺条件下 ,能在合金内产生大量弥散细小的 Y2Zn 和 Mg2Y 相 ,弥散强化合金 ,同时产生亚晶组织。 长春工业大学本科毕业论文 12 （ 4） 稀土对镁合金耐蚀性的作用 近年来 ,段汉桥等在 AZ91中加入稀土元素后 ,发现其在 NaCl溶液中耐蚀性 显著提高 ,并分析其作用机理 ,认为稀土元素改变了合金腐蚀层结构 ,强化阴极相控制 ,以及改变其结晶晶格的参数 ,从而使合金具有优良的高温抗氧化性能 [18]。 还有研究表明 ,在镁合金采用熔剂精炼过程中常常引入氯化物 ,氯化物会污染镁合金液 ,破坏合金表面的保护膜 ,形成微电池效应并造成坑蚀 ,增大合金表面的腐蚀速率 ,同时加剧吸气。 因此镁合金液中降低 Cl 元素将其限制在一定范围内有助于减慢镁合金的腐蚀。 清华大学郑伟超等人针对 AZ91合金试验后 ,认为添加质量分数为 %的混合稀土可降低AZ91D 合金 Cl 元素含量至 106 级 ,添加 稀土能将 Cl 元素限制在较低水平 ,从而提高镁合金的抗腐蚀作用 [19]。 稀土镁合金的开发应用及前景 稀土镁合金的应用性能优势 ,主要体现在高温和高强度方面。 在我国 ,高性能的稀土镁合金以前主要应用于航空航天、导弹等军工领域 ,但随着社会经济发展 ,现在军工和民用领域均有了较大拓展。 （ 1） 军工领域方面 在军工方面 ,以稀土金属钕为主要添加元素的 ZM6 铸造镁合金已用于直升机减速机匣、歼击机翼肋及 30kW 发电机的转子引线压板等重要零件。 中航与有色金属总公司联合研制的稀土高强镁合金 BM25 已代替部分中强铝合金 ,在歼击机上获得应用。 （ 2） 民用开发方面 民用开发方面，在交通工具上广泛使用镁合金 ,一直是材料科学家们努力的方向。 而稀土镁合金的应用使产品的开发范围大大拓宽。 Drits 等开发的一系列耐热高强 WE型镁合金，因具有良好的力学性能已广泛应用于赛车及航空飞行器的变速箱壳体 ,并可在汽车发动机箱体、变速箱壳、舵杆件、气缸盖、支撑柱等部件中得到使用 [20]。 在石油化工中，由于镁对燃料、矿物油和碱等具有很高的化学稳定性，故所开发的阻燃耐蚀稀土镁合金可用来制造、保存和运送这类液体的导管、箱体和贮罐由于稀土镁合金具有较好的生 物相容性和无毒性，故有望用作为人工骨接材料，代替现有金属夹具，从而减少病人第二次取出夹具的手术，这又将开辟一个新的应用天地。 我国有丰富的稀土和镁资源，是稀土和镁资源储备、生产、出口的第一大国。 因此，研究开发稀土镁合金在我国具有独特优势 ,合理利用稀土资源，开发含稀土的高强、耐热、耐蚀性能镁合金，不但 能进一步增加镁合金材料在汽车工业、通讯电子业长春工业大学本科毕业论文 13 等行业领域中的应用，也可促进镁合金材料在新领域中的进一步开发和利用，也为稀土材料的应用开辟出十分广阔的领域。 但我国在稀土新材料的开发应用方面与日本、美国等发达国家相比还有相当大差距。 在变形镁稀土合金方面的研究还很不足，稀土合金化作用的研究在国际上还不成熟 ,其作用机制也还存在争论，轻稀土与重稀土元素产生交互作用、稀土与杂质元素的交互作用，抑制元素的偏析、净化与变质作用 ,以及 GP 区的形成，沉淀硬化和析出强化等都有待进一步深入研究。 目前稀土元素仍是作为辅助元素，其加入的 质量分数不大于 11%。 进一步开发使稀土成为主加元素，并研究稀土元素与镁合金及其他元素 (如 Ca、 Zn 等 )之间的合金化机制，从而研制出最佳合金配比的特殊性能镁合金。 近年来 ,稀土合金的研究有了很大发展，世界各国纷纷制定有利于镁合金产业发展的政策，稀土在镁合金中的应用开发条件逐渐成熟，随着稀土镁合金的优良特性逐步为人们所接受，其应用市场也将更广阔 [21]。 本论文的主要研究内容 本论文考察共荣处理对 MgAlZn 系合金显微组织和耐腐蚀性能的影响，揭示不同固溶处理时间和固溶处理温度对 AZ91D 镁合金及含混 合稀土（ Ce， La）的 AZ91D镁合金的现为组织和耐腐蚀性能的影响规律。 长春工业大学本科毕业论文 14。