新型MgAlSnSi合金的制备及组织控制教学提纲.docx

此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在-J文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，一本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：7圳日期：必加年；片7日哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(囱在授予学位后即可口在授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者(签字)：7易舟导师(签字)： 日期：切。年；月7日年月此文档仅供学习和交流哈尔滨T程大学硕士学位论文摘要本文成功制备出了Mg-3Al-3Sn-lSi(ATS331)和Mg6A13Sn1Si(ATS631)，两种合金的铸态坯料。利用X射线衍射仪、光学显微镜以及拉伸实验等实验 手段，对铸态合金的相组成、组织结构和力学性能进行了分析和测试。研究_结果表明：合金在加入Sn元素后，合金中粗大的仅Mg枝晶有所细化，砧 含量的增加在提高材料拉伸强度的同时降低了延伸率；M92Si、M92Sn的引 入提高了材料的高温拉伸性能，砧含量较高时，M92Si、M92Sn对材料的高 温拉伸性能改善效果更好。但是，粗大的汉字状M92Si相影响了材料性能的 进一步提高。本文同时采用固溶处理(T4)、固溶+人工时效处理(T6)T艺对铸态材料进 行了热处理。研究结果发现g经过T4及T6热处理，合金的拉伸强度及延伸 率与铸态相比都有一定程度的提高，但也观察到合金的材料中M92Si相变化不大，MgaSi相大多数仍然以汉字状或纤维状存在。 本文还采用等温热处理法制备镁合金半固态坯料，研究了半固态等温热处理工艺对ATS331和ATS631两种合金半固态组织的影响，并获得了较佳的 工艺参数，即当ATS331合金的等温处理温度为610，等温处理时间为 10-20mira ATS631合金的等温处理温度为575，等温处理时间为1020min 时，能获得液相量适当且晶粒细小、圆整的半固态组织。最后探讨了MgA1SnSi合金半固态坯料中非枝晶组织的形成机制，主C0一要包括三个过程：(x-Mg晶粒的球化机制、晶内共晶MgaSi相的球化机制和一晶界液相中块状M92Si的形成机制。研究发现，半固态等温热处理法获得球 状仅Mg晶粒的机制主要可以用枝晶熔断机制来解释；晶内的汉字状共晶 M92Si相的球化机制可归因于“Rayleigh形状失稳；晶界液相中块状M92Si 相的形成机制可以根据溶解析出机制来进行解释。关键词：Mg枷Sn-Si合金；MgaSi相；半固态：非枝晶组织；形成机制哈尔滨下程大学硕士学位论文AbstractTtIe as-cast Mg-3AI-3Sn-lSi(ATS331)and Mg-6A1-3Sn-lSi(ATS631) alloys were fabricated by means of permanent mold casting method111e phase compositions，microstructures and mechanical properties of the as-cast composites were investigated by meal岱of X-ray diffraction(m)analysis，optical microscopy(OM)analysis and tensile testm results show that thecoarse primary Or-Mg phases in the ascast Mg-砧Si-Sn alloys can transform into fine shape after the alloys were added wim Snn圮as-cast alloys have improved tensile strength but lower elongation、，itll increasing AI contents111c formation of M92Si and M92Sn particles improved mechanical performance of theexperimental alloys at elevated temperatures，and the higher A1 content the effectmore obviousHowever,the M92Si phases existed in the form of coarse Chinese script in the matrix，which would greatly deteriorate the strengthening effect ofM92Sim processes of solution(T4)and solution+artificial aging(T6)heattreatment were used to strengthen the嬲一cast alloysIt is obvious that the tensile stress and the tensile strain increase dramaticly after dealing wim the processes of 14 and T6 heat treatmentHowever,the M92Si phases change slightly,the morphology of the eutectic M92Si still keep its Chinese or fibre script in thematrixIn this paper,ATS33 1 and ATS63 1 alloy billets were obtained through semi-solid isothermal heat treatment，rI圮effects of processing parameters on nondendritic microstructural evolution during isothermal heat treatment wereinvestigatedTl舱results indicate that the relative optimum holding temperatures and times should be chosen：575and 1020 min for ATS63l，610and lm也O min for ATS33 1，respecfivelythus fine and globular or spherical grains weren哈尔滨-丁程大学硕士学位论文attained，as well as appropriate liquid fraction in the semi-solid microstructureTo study the mechanism for formation of non-dendrite microstructure of semi-solid Mg-A1-Sn-Si alloy billets，including the mechanism of O【-Mg一sphemidization,the spheroidization mechanism of intragranular M92Si phase andthe evolutional mechanism of M92Si phase at grain boundaryne firstmechanism could be illuminated by dendrite melting，111e second one seems to be attributed to the“Rayleigh shape instability”The final mechanism is associated witll the resolution-precipitationKey words：MgAISn-Si alloy；M92Si phase；Semi-solid；Formation mechanism；Nondendritic structureIII哈尔滨1=程大学硕十学位论文目录第1章绪论111课题背景及选题意义112镁合金常用的M92Si变质剂及其变质机理2121初生M92Si相变质3122共晶M92Si相变质513Mg-AISi合金的热处理8131常用的镁合金热处理方法8132MgAl-Si合金的热处理的研究现状”1014Mg-A1-Si合金的半固态处理12141半固态等温热处理方法l 2142等温热处理方法半固态组织演变机理1315研究内容l 5第2章试验材料与研究方法1521实验材料”l 622合金的制备及熔炼”1 623研究不同工艺方法对合金的影响17231合金的热处理1 7232合金的半固态等温热处理1824实验研究的技术路线1 925样品表征2026本章小结”2l第3章MgA1Sn-Si合金铸态组织及性能“2231Mg-Al-SnSi合金铸态组织2232铸态Mg-Al-Sn-Si合金拉伸性能2533铸态Mg-AI-Sn-Si合金拉伸性能强化机理27IV哈尔滨丁程大学硕士学何论文34本章小结28第4章热处理变质MgAISnSi合金组织及性能2841热处理对MgAISnSi合金的组织的影响31，411固溶处理(T4)对MgAI-Sn-Si合金的组织的影响3l1，412固溶加时效处理(T6)对MgA1-Sn-Si合金的组织的影响3442热处理对MgA1SnSi合金的性能的影响37一43本章小结39第5章半固态等温热处理工艺参数对MgA1-Sn-Si合金的影响4051等温热处理工艺参数对ATS331合金半固态组织的影响4l511等温处理温度对ATS331合金半固态组织的影响“4l512等温处理时间对ATS33l合金半固态组织的影响”4952等温热处理工艺参数对ATS631合金半固态组织的影响51521等温处理温度对AT633 1合金半固态组织的影响”51522等温处理时间对ATS631合金半固态组织的影响”5953本章小结”61第6章半固态MgA1一SnSi合金组织演变机理62610【Mg晶粒的球化机制6262晶内共晶M92Si相的球化机制6563晶界液相中块状MSi的形成机制6764本章小结72结论73参考文献73攻读硕士学位期间发表的论文81致谢”82V哈尔溟T程大学硕士学位论文II第1章绪论11课题背景及选题意义镁合金作为最轻的工程结构金属材料，具有许多优异的独特性能，如比 强度高、比刚度高、导电导热性好，兼有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能， 易于加工成形，良好的再生回用等优点，在汽车、通讯设备、航空等领域中 得到了较为广泛的应用。因此，镁基材料被认为是本世纪最有开发前途和应 用潜力的绿色工程材料【I21。但是，目前常用的镁合金存在拉伸强度低、耐热性差、耐磨性低等严重 的不足，大大限制了镁合金的进一步发展及其工业应用。虽然颗粒增强镁基 复合材料具有低的热膨胀系数、高的弹性模量和好的耐磨性等优点，但是， 传统复合材料的制备技术一直面临着增强颗粒与基体之间的润湿性较差及其 界面结合强度较低等诸多难题的挑战【31。加入合金元素是改善合金性能最常用和最有效的方法之一【4】。合金在结 晶凝固过程中弥散析出的第二相，可以起到限制位错运动和有效钉扎晶界的 作用，从而提高其高温蠕变性能【5】。铝是镁合金中最为重要的合金化元素之一，铝在固态镁中具有较大的固 溶度，其平衡极限固溶度为127。一般而言，加铝对镁进行合金化有利于 镁合金耐蚀性的提高，铝的加入还可以改善铸件的可铸造性，提高镁合金的 强度【6l。MgAl系合金是目前牌号最多，应用最广的系列，这类合金的典型 代表有Mg-A1-Si(AS)系、MgA1Ca(AC)系、MgA1-RE(AE)系、MgA1Sr (AJ)系等。MgAl系合金会连续析出Mgl7All2相，这种板条状的析出相熔 点较低，仅为437C。合金中90以上Mgl7All2平行于Mg基体的(0001)基面析出，且与基体之间无共格关系，不能为位错运动提供大的阻力。此外，随温度升高，MglTAlt2发生不稳定相变，极易软化、粗化，不能有效地钉扎晶界川。另外有研究指出，Si加入到Mg-AI合金后可以弥散析出具有高熔点(1085l哈尔滨T程大学硕士学位论文)、高硬度(460HV)和低的热扩散系数(7510击)等特性的M92Si相【8】。目前， MgA1Si系耐热镁合金由于具有高温性能较好和成本较低等优势，被认为是 一种适合150以下有发展前途的高温抗蠕变镁合金。实际上早在上世纪70，年代，人们就已经开始了含Si耐热镁合金的研究，并先后开发出了AS41、0AS31、AS21和AS21X等AS(Mg-A1si)系耐热镁合金。尽管目前这些已开发 出的AS系镁合金有较高的高温性能，但其推广应用仍然因种种不足而受到d一定程度的限制，而这其中比较典型的一个问题是Si在镁合金中形成的M92Si相有两种形态【l 01，一种为汉字状，一种为多边形状。汉字状M92Si相 是合金在凝固过程中发生共晶反应时产生的；多边形M92Si相是合金在凝固 过程中作为初生相形成的。在合金的铸造过程中M92Si相周围存在很大的应 力集中，会促进合金组织中显微空洞的萌生和扩展，并且随着温度的升高， 空洞会随之增大，导致合金力学性能大幅度降低，尤其是延伸率。粗大的 M92Si颗粒将极大地恶化材料的力学性能，使得MgA1Si系耐热镁合金目前 仅适用于冷却速率较快的压铸件而无法用于砂型铸造等工艺【911】。因此，本文意图在于开发一种新型MgA1Si系耐热镁合金，在解决镁合 金耐热性不足问题的同时，通过一些工艺方法(如：热处理方法、半固态方法 等)来改善合金中M92Si的形貌及细化粗大的M92Si颗粒，为制备出耐热性及力学性能兼备的新型镁合金奠定一定的理论和应用基础。12镁合金常用的M92Si变质剂及其变质机理近年来，科研工作者采用了新的制备技术，如热挤压、快速凝固技术、 定向凝固和机械合金化等【14-19】使高硅镁合金组织得到了明显的改善，材料的 力学性能也得到了相应的提高【20。21】。然而，以上技术对于M92Si的细化程度 有限且存在工艺复杂，过程难以控制，生产成本过高等问题。目前，采用合 金化和或微合金化手段对粗大M92Si相进行变质是一种效果比较明显的方 法。变质法是通过添加变质剂或改变生产工艺，使晶体各向异性的择优生长 方式转变为各向同性的生长方式，从而大大简化了生产工艺，并降低了生产2哈尔滨丁释大学硕十学何论文11 71成本。本文将从初生相变质和共晶相变质两个方面来进行简要论述。121初生M92Si相变质近年来，科研工作者采用为了制备出具有较佳组织细化变质合金中粗大 的初生M92Si相的变质剂主要包括有KBF4盐、Sb、Na、Sr和RE等。01、KBFa盐变质初生M92Si相Wang et a122采用KBF4和K2TiF4作为添加变质剂，对Mg5Si进行了变一质处理。研究表明，添加KBF4后，初生M92Si的尺寸发生骤减，粗大树枝 晶变为规则的块状，同时汉字状共晶M92Si变为细小的纤维状。但当加入 5K2TiF6时，初生M92Si的尺寸减小很有限，其形貌基本未发生变化。在加 入5的KBF4+K2ZiF6时，所得的初生M92Si比KBF4单一变质时要粗大，而 且仍然为不规则的形状。研究者认为是B原子可能吸附在M92Si晶粒的生长 前沿，毒化了M92Si的生长方式，从而抑制了M92Si的各向异性生长，但由 于，n与B发生反应，所以K2TiF6起不到变质效果。之后的研究发现，KBF4 变质合金中Al的添加会导致初生M92Si的形态由细小的八面体转化为粗大的 树枝晶；并且随着砧含量的增加，初生M92Si树枝晶变得越来越粗大，Al 的加入会导致KBF4对Mg-5Si合金变质的失效。砧对未变质合金中初生 M92Si的形态和尺寸影响不大。研究者认为在KBF4变质合金中，微量砧的 添J；n(03 wt)会导致合金中初生M92Si的形态由细小的八面体转化为粗大的 树枝晶，表明砧会引起KBF4变质MgSi合金的失效。失效机制是由于砧 和熔体中的B反应形成AIBx，从而消耗了熔体中的B。因此，Al不适合作 为KBF4变质MgSi系合金的合金化元素。2、Sb变质初生M92Si相 孙丰泉等人123】利用MgSi二元合金结晶的特点，在普通重力铸造的条下制备了Mg-10Si合金，并着重研究了Sb对合金中M92Si增强相形态的影响。 结果表明，当合金未经Sb变质时，凝固组织中M92Si星粗大的树枝状，尺 寸约为801-Lm-100van。当加入04的Sb后，凝固组织中粗大的M92Si树枝哈尔滨丁程大学硕十学佗论文晶明显减少，并未发现明显的二次分枝；随着Sb加入量的继续增加，M92Si 枝晶越来越少，M92Si颗粒越来越多。当Sb的加入量为08时，凝固组织 中M92Si几乎完全转变成较细小的颗粒状，且在基体中分布较均匀，形成了I较典型的颗粒增强金属基复合材料的组织。研究者认为可能是由于合金中Sbt元素的加入降低了合金的熔点及M92Si与熔体的界面张力，导致了合金熔体 中M92Si临界晶核半径的减小，从而有利于更多更小的M92Si相的形成。c3、Na盐变质M92Si相Zhang et a1124采用普通重力铸造和混合Na盐变质细化处理技术制备了 内生M92SiA1复合材料。其中，混合Na盐的成分比为NaCI：NaF：KCI=15： 3550(wt)。混合Na盐加入比例为熔体10wt，在1073K加到熔体中。 研究发现，混合Na盐变质处理之后初生M92Si相从751xm减小到201ma；同 时，初生M92Si相的形貌由不规则形状变为规则的多面体块状。实验结果表 明，Na盐的加入能抑制M92Si颗粒在凝固过程中的各向异性生长。但遗憾的 是，混合Na盐在熔融合金以及凝固过程中的实际行为还不清楚，仍需要进 一步的研究。4、Sr变质初生M92Si相 Na盐变质具有见效快、效果好等优点，而缺点是变质有效时间短，仅为30-60rain，而且重熔即发生失效，不适于大批量连续生产。于是长效变质剂 近期内被广泛地研究，其中效果较好、应用较广的是Sr变质剂。赵宇光等人【42】研究了sr对原位M92SVAl复合材料显微组织的影响。结 果显示，Sr加入后能改够变材料中初生M92Si的树枝晶形貌，并且随着Sr 含量的增加，其形貌逐渐由多边形状变为块状。福州大学陈晓等人【25】研究了sr对原位自生M92SVZM5复合材料组织与 性能的影响，实验表明sr有显著细化M92Si晶粒的作用，也就是说，Sr能 够变质高硅镁合金，同时也有利于提高室温抗拉强度和延伸率。然而，关于 Sr对M92Si的形核、生长等的影响规律以及变质机理文中并未作详细探讨。5、稀土变质初生M92Si相4哈尔滨T程大学硕七学位论文HYWang等人f26】采用了稀土Y(01、04、08、12)作为变质 剂来变质Mg-5Si合金。结果显示在变质剂为08时，初生M92Si的尺寸减小 到了50-251xm。研究者认为，稀土Y变质机制主要是吸附和毒化理论，经过，|变质后的初生M92Si的择优生长明显受到了抑制。然而，令人感到惊奇的是一M92Si的枝晶生长形态没有发生变化；共晶M92Si却由纤维状变为粒状和短 棒状。变质剂含量在小于08时处于亚变质状态，而在O8时为完全变质，大于08时是过变质，而对于过变质的机制还有待于进一步研究。122共晶M92Si相变质本文设计的合金中Si含量在1wt左右，所以考察的就是对共晶MgaSi 相的变质。目前的研究表明，共晶M92Si相的变质剂主要包括Ca、Sb、P、 AlP、Sn和RE等。l、Ca变质共晶M92Si相韩国Kim et a1【27】采用02wtCa对挤压铸造Mg5A11Zn07Si合金进行 了变质处理，汉字状共晶M92Si相明显得到细化。研究结果表明，多面体状 M92Si颗粒是以Casi2为异质核心生长。Ca变质之后Mg5A11Zn-07Si合金 的抗拉强度延伸率由194MPa、56提高到213MPa和73。对于AS合金， 少量的Ca(约O5)的加入能提高合金的耐蚀性，而Ca含量添加过量时，可 能由于含钙相得析出形成微电偶电池，故大量的Ca对AS镁合金耐蚀性不利， 此外，添加Ca也会带来铸造热裂的问题【6J。2、Sb变质共晶M92Si相南昌大学的胡勇等人【281研究-rSb对M92Si增强相及基体组织的细化效果 及机理。他们不完全赞同孙丰泉等人的研究，他们认为Sbll入可生成M93Sb2， M93Sb2能够作为M92Si的异质核心，使得M92SiI妇汉字状变成颗粒状，并弥散 地分布。同时，基体组织也得到细化，改善了合金的力学性能加入018的 Sb后，合金的抗拉强度提高了1212。袁广银等人【291也认为M93Sb2能够作为M92Si的异质晶核。他们采用哈尔滨T程大学硕士学位论文置ii宣葺iiIIIIIII一 葺一 IO5wtSb对Mg5A11Zn-1Si合金进行了变质。实验发现，Sb和Mg反应形 成了M93Sb2相。计算表明，当M93Sb2和M92Si之间的晶体学取向关系为 (11 1)M92Si(0001)M93Sb2时，二者低指数晶面的晶格错配度(6)为51；根一据Bramfitt301提出的二维点阵错配度模型，当66时，基底能够作为形核相。一的异质核心。此外，添加Sb后aMg相的平均尺寸也从1341am下降到了689m。 袁广银等人29,31时研究了变质合金的热处理组织，结果发现热处理后的 M92Si转变为更加细小的粒状，并且O5wtSb变质后的组织无论是共晶M92Si还是a-Mg相，均明显小于02wtCa变质的组织，也就是说Sb比Ca 具有更高好的变质效果。但作者认为这样的组织并不是很细小，且存在尖角， 同时存在成分偏析等问题，所以需采用其它方式进一步细化。3、P和AlP变质共晶M92Si相韩国Kim et a1【27】采用003wtP对挤压铸造Mg5A11Zn07Si合金进行 了变质处理，其变质效果与Ca相似，对共晶M92Si相和Mgl7AIl2有明显的 细化作用。分析结果表明，块状M92Si颗粒由几个亚晶粒组成，而且核心为 Mga(P04)2簇状相，即P、Mg和熔体中的O反应形成的M93(P04)2相作为 M92Si的异质核心，因此对M92Si相起到一定的变质作用。P变质之后 Mg5AI1Zn一07Si合金的抗拉强度延伸率也得到了一定程度提升。郑州大学张春香等人【3zJ采用AlP对Mg8Zn4A11Si03Mn合金进行了变 质研究。结果表明，变质后的合金组织中共晶M92Si的平均尺寸由252岬下降 到TSoxn，形状也由较粗大汉字状变为细小的粒状：其变质机理主要在于AlP与M92Si相同属面心立方结构，其点阵常数分别为0545nm和0635nm，晶体 结构相似、晶格常数相应，加之AlP的(1 11)面与M92Si相的(11 1)面间的错配度 为1424，满足非均质形核时的错配度要求，因此AlP可以作为M92Si相的异 质晶核，从而可变质和细化M92Si相。此外，张金山等人【33】采用X射线衍射、高分辨透射电镜等现代分析测 试手段研究了A1P中间合金变质处理对AZ91+07Si合金的显微组织和力 学性能的影响研究结果表明：AZ91+07Si合金中加入一定量的AIP中6哈尔滨丁程大学硕十学位论文间合金变质处理后，M92Si的形貌发生了显著变化，由汉字状变为较细小的 颗粒状，其颗粒的平均尺寸为6-,10ttm，且基体组织的平均晶粒尺寸由原来 的100“m减小到45p,m左右，p-MglTAll2相出现不同程度的断网，从而使一AZ91+07Si合金的力学性能得到一定程度的提高。I一虽然P和Ca元素变质共晶M92Si相的效果都比较理想，但是由于加入 的量比较难控制和掌握，所以，至今仍然没有得到广泛应用。4、RE变质共晶M92Si相 上海交大黄晓锋等人【34】研究了不同组分含量的混合稀土(富镧及富铈)对Mg5A11Si镁合金高温蠕变性能影响。研究结果表明，当加入1的富镧 混合稀土及富铈混合稀土之后，M92Si的形貌发生了显著变化，由汉字状转 变为细小、弥散分布的颗粒状，并且随加入量的增加这种效果更加明显。力 学性能检测结果表明，室温及150拉伸性能明显提高，同时，在微量混合 稀土及M92Si相的综合作用下，含不同混合稀土的Mg一5AI1Si合金的抗高 温蠕变性能均超过AE42。但是在此文献中，作者只描述了混合稀土对M92Si 的细化现象，并没有讨论M92Si细化的机制，所以，RE变质共晶M92Si相 目前也只是在初步的研究阶段。5、Sn变质共晶M92Si相 Sn加入到镁合金中能使纯镁铸锭中粗大的柱状晶转化为均匀的等轴晶，并有效地细化晶粒，而Sn添加后形成的M92Sn相硬度和熔点高，热稳定性 好，能够对基体产生有效的弥散强化作用，从而提高镁合金的室温及高温强 度【J21。韩国的DacHKang等人研究表明，通过向AS合金中加入Sn元素，制备出TAS83l(Mg8Sn3A11Si)合金，TAS831合金的显微组织包括基体中和 晶界处具有热稳定性的M92Sn粒子，它也包括小体积的具有热稳定性的 M92Si粒子。与AZ91合金相比，TAS831合金中这些粒子的存在有利于提高 合金的拉伸性能和蠕变性能【131。杨明波等人【35J通过在MgA1Si系镁合金工业纯Sn的方法来变质 MgAl-Si系镁合金中的汉字状MgaSi相。研究结果表明，Sn变质MgA1-Si7哈尔溟工程大学硕十学佗论文系镁合金的汉字状M92Si相的机理可能在于Sn加入降低了MgA1Si系镁合 金熔点和M92Si相与熔体的界面张力，导致M92Si相的临界晶核半径减小， 有利于更多、更小的M92Si相形核，从而最终使汉字状M92Si相变质。此外， Sn在界面富集还可以使M92Si相得分枝形成更细的缩颈，使分枝易断成较细 小的颗粒状。目前，用Sn变质共晶M92Si相的研究还比较少，需要更多的实验分析 来证实其效果。综上所述，添加适量的合金元素可以在一定程度上变质镁合金中粗大的 M92Si相，但同时也看到在添加这些变质元素的同时会产生变质效果不佳、 成分偏析、存在缺陷和研究不深入等不足。也正是由于这些问题的存在，使 得单纯通过合金化变质M92Si相形貌这一方法目前受到一定程度的限制。13MgA1Si合金的热处理热处理法因其工艺简单，成本较低而引起了科研工作者的关注。热处理 是改善或调整镁合金力学性能和加工性能的重要手段。有的热处理工艺可以 减小镁合金铸件的铸造内应力或淬火应力，从而提高工件的尺寸稳定性，而 有的热处理工艺可以使镁合金产生强化。当合金元素的固溶度随温度变化时， 镁合金可以进行热处理强化。此外，通过热处理的方法可以有效地改善M92Si 相形貌，从而提高合金的性能。131常用的镁合金热处理方法常见的热处理种类的符号如表1所示。热处理种类的选择取决于镁合金 的类别(即铸造镁合金或变形镁合金)以及预期的服役条件。以下对常用的几 种方法做简要介绍【371。8哈尔滨丁程大学硕士学位论文表1基本热处理种类的符号【361符号意义符号意义F加工状态T4固溶处理O完全退火T5人工时效(然后自然时效)H1加工硬化T6固溶处理后人工时效H2加工硬化后退火T7固溶处理后稳定化处理T2去应力退火T8固溶处理后冷加工、人工时效T3固溶处理后冷加工19固溶处理、人工时效后冷加工1311 退火完全退火(O)可以消除镁合金在塑性变形过程中产生的加工硬化效应，恢 复和提高其塑性，以便进行后续变形加工。由于镁合金的大部分成形操作在高 温下进行，因此一般很少对变形镁合金进行完全退火处理。去应力退火(T2) 既可以减小或消除变形镁合金制品在冷热加工、成形、校正和焊接过程中产 生的残余应力，也可以消除铸件或铸锭中的残余应力。通常会选择退火作为最 终热处理工艺的是某些热处理强化效果不明显的镁合金。1312固溶处理 合金元素固溶到基体金属中形成固溶体时，合金的强度、硬度通常都会得到提高。影响固溶处理的主要因素是加热温度、保温时间和冷却速度。合金在固溶处理过程中，加热温度越高，合金中的合金元素和强化相固溶也越 彻底，则合金在淬火和时效后的力学性能也越高。固溶处理时的保温时间与 加热温度是紧密相关的，随淬火加热温度的提高，其保温时间就相应的短些， 刚淬火后的合金材料，它的强度只比退火状态的稍高一点，而伸长率却相当 高。同时，在固溶处理过程中伴随着aMg基体组织的粗化长大过程，当温度9哈尔滨T裎大学硕十学位论文过高或保温时间过长基体组织的粗化会十分明显，甚至还会出现过烧的现象， 这将会恶化合金的力学性能。镁合金经过固溶处理后不进行人工时效(T4)可 以同时提高抗拉强度和伸长率，并获得最大的韧性和抗冲击性。由于镁合金中，合金元素的扩散较慢，因而需要较长的加热保温时间以保证强化相充分固溶。0而且，绝大多数镁合金对自然时效不敏感，淬火后能在室温下长期保持固溶状 态。1313时效处理部分镁合金可以经过铸造或：ju t成形后不进行固溶处理或退火而是直接 进行人工时效(T5)。这种工艺很简单，也可以获得相当高的时效强化效果。 特别是M92Zn系合金，若重新加热固溶处理将导致晶粒粗化，因此通常在热 变形后直接进行人工时效以获得时效强化效果。1314固溶处理+时效处理固溶处理后人工时效(T6)可以提高镁合金的硬度和屈服强度，但会降低 部分塑性和韧性，这种工艺主要应用于M92A12Zn和M92RE2Zr合金。此外，含 锌量高的M92Zn2Zr合金也可以选用T6处理以充分发挥时效强化效果。进行T6 处理时，固溶处理获得的过饱和固溶体在人工时效过程中发生分解并析出第 二相。132 MgAISi合金的热处理的研究现状近年来，对于热处理变质Mg-AISi系镁合金中粗大M92Si相和提高其 性能的研究还比较少的。上海交通大学的吕宜振等人【381把MgAISi合金在 420C不同时间下，固溶热处理并水淬，来研究固溶热处理对MgAISi合金 中汉字状共晶M92Si相形貌的影响，结果表明，在经过420C、4h的固溶热 处理之后，M92Si相逐渐断开，最终球化，这是由于Si在M92SiMg界面的 扩散，降低了M92Si相的表面自由能。同时，MglTAll2共晶相完全溶入Mg基体中，但是稳定的A1Mn相仍然保留在合金中。10哈尔滨丁程大学硕士学位论文i置葺iii萱ii置皇i宣i葺ii iiiiiiii宣ii宣iiiiiiiiiii葺眚iii萱iiii皇iii置i|Barbagallo，SXt391对高压铸件(HPDC)AS21镁合金在不同的热处理条 件下的微观组织结构进行了研究，研究者在415C下，固溶0548h并且人工 时效使晶粒稳定生长最后快速淬火。实验结果表明，经过热处理后，合金中，仅-Mg晶粒不再生长，晶间化合物包括Mgl7All2、M92Si和A1Mn不会消失J但形貌会变得圆整，分布也会均匀。贾树卓等人【40】利用金属型铸造制备了原位自生M92SiMgA1基复合材料，研究了热处理对该材料组织与性能的影响。结果表明：T4处理改变了M92SiMgAI基复合材料中M92Si的形貌与分布，随着保温时间的延长，棱