Ca,Sr对AM80镁合金显微组织和高温蠕变性能的影响.doc
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1、Ca,Sr对AM80镁合金显微组织和高温蠕变性能的影响MicrostructureandCreepPropertiesofCastingAM80Alloy ContainingCaandSr LILuoxing1,2?k,LIANGGuiping1,2,BAIXing1,2,LIUBo3,LIUYangsheng3 (1.StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufactureforVehicleBody,HunanUniv,Changsha,Hunan 410082,China; 2.CollegeofMaterialsScienceandEngine
2、ering,HunanUniv,Changsha,Hunan410082,China; 3.AutomotiveEngineeringInstituteBodyTechnologyResearchDepartment,ChongqingChanganAutomobileCOLTD,Chongqing401120,China) Abstract:TheeffectsofalkalineelementsCaandSradditionsonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofAM80magnesiumalloywereinvestigatedbyusi
3、ngscanningelectronmicroscopy(SEM),Xraydiffraction(XRD)andcreeppropertiestestingatelevatedtemperature.Theresultsshowthatthemicrostructuresoftheas-castalloysarerefinedbyadding0.2%Srand0.5%2.5%Ca.AhighmeltingpointAl2CaphasedispersedlyformedatthegrainboundariesintheAM80alloyduetotheprioritycombinationof
4、CaandAl,thustheformationofMg17Al12phasewasreduced.ThemechanicalpropertiesofthealloyswerealsoimprovedduetotheexistenceoftheadditionofCaandSr.TheMg17Al12phasehadtwokindsofprecipitationforms,whichwerenoncontinuousprecipitationandcontinuousprecipitationduringcreepprocess.ThenoncontinuousMg17Al12phasepre
5、cipitatedatthegrainboundariesandwasperpendiculartothegrainboundaries,decreasingthecreeppropertiesofAM80magnesiumalloy.TheelevatedtemperaturecreeppropertiesofthealloysweregreatlyimprovedbecausethelowmeltingpointMg17Al12phasewasreplacedbyhighmeltingpointAl2Caphase,whichpreventedthegrainboundariesslidi
6、ng.ThecreepmechanismwasbestwhenthemassfractionofCawas2.5%. Keywords:Calcium;Strontium;microstructure;AM80magnesiumalloys;creepproperties 镁合金由于其密度小,比强度、比刚度高,机械加工性能好等优点,成为目前最轻的金属结构材料,在航空、汽车制造和电子等领域的应用越来越广泛1-4.但目前大部分商用镁合金存在耐热性能差,或者应用成本高等不足,大大限制了其在高温场合下(如汽车动力系统)的应用5.碱土元素Ca,Sr等,价格低廉,且在镁合金合金化过程中具有细化组织、生成高
7、熔点强化相等优良特性,因此,开发低成本、高耐热性的碱土镁合金便成为目前镁合金领域的研究热点之一6-9. 在镁合金中添加Ca能在一定程度上改善镁合金的高温抗蠕变性能.目前,Honda公司开发了ACM522合金10,死海镁业和德国大众公司合作开发的一种Mg2Al2Ca2RE合金系列,该系列目前已报道的合金牌号有MRI15311-12.但是,该类含Ca合金的耐热性能普遍提高程度不大,同时也使合金存在不可忽视的铸造缺陷,如冷隔、热裂以及黏模等问题.基于Sr在MgAl系合金中的合金化作用,加拿大诺伦达公司开发了AJ系列耐热合金,其中,AJ52(Mg5Al2Sr)是第一个开发成功的AJ系合金,该合金表现出
8、良好的蠕变抗力和高温特性11.但是,要添加大量的Sr元素,使得该类合金的价格远高于以钙和混合稀土为主要成分的合金.国内外学者也研究了在MgAl系合金中加Ca后,再添加1%4%的Sr来改善MgAlCa合金各方面性能的不足.尽管如此,仅从Sr的含量方面对此类合金进行评估,其仍摆脱不了上述AJ系列合金的缺陷.Sr作为一种变质、修复剂早已在Al合金(特别是AlSi合金)中广泛应用.该元素对合金的基体和二次相的形态、数量、分布都有明显改善.因此,在本实验中,作者选用AM80镁合金为基体,是因为高Al含量可以保证铸造合金的铸造质量及其室温力学性能.再复合添加0.2%Sr和0.5%2.5%Ca,研究其对AM
9、80镁合金显微组织和高温蠕变性能的?跋?. 1实验材料及方法 本文研究的材料是实验室自行开发的系列镁合金Mg8.0%Al0.3%Mn0.2%Sr(0.52.5)%Ca(简称AM800.2Sr(0.52.5)Ca).配制合金的主要原料(纯度)为:镁(99.98%)、铝(99.6%)、电解锰(95%),Ca,Sr分别以AlCa,AlSr中间合金的形式加入.实验考虑了合金元素的实收率,合金的名义成分见表1.合金熔炼过程用RJ2号熔剂阻燃、精炼,之后在720下浇注到预热250的金属模中,空冷至100以下脱模,获得24150mm的铸造?园?. 湖南大学学报(自然科学版)2010年 第4期李落星等:Ca,
10、Sr对AM80镁合金显微组织和高温蠕变性能的影响 用作组织分析的样品经打磨、抛光后,用4%(体积分数)硝酸酒精腐蚀20s.利用JEOLJSM5600LV型扫描电子显微镜(SEM)分析合金的组织形貌,并用该扫描电子显微镜附带的能谱仪(EDS)对颗粒相进行成分分析.采用截线法测量合金的平均晶粒尺寸.物相分析使用德国SIEMENSD5000X射线衍射仪,加速电压为30kV,电流为20mA,衍射靶为CuK,步进扫描步长为0.02,扫描范围为2090之间.蠕变实验采用RWS50型高温蠕变试验机,采用棒状蠕变试样,标距为1050mm.2实验结果与讨论 21Ca,Sr对AM80镁合金显微组织的影响 图1为添
11、加Ca,Sr的AM80镁合金SEM组织形貌照片.由图1(a)可知,AM80显微组织主要是以初生的Mg相为基体,在其晶界上存在着不连续网状分布的骨骼状共晶相和层片状(图1(a)中a区域)的二次析出相.在AM80合金中单独添加0.2%Sr,合金晶界处的析出相减少(见图1(b).复合添加0.2%Sr和(0.52.5)%Ca后,AM80合金晶界处二次相的轮廓清晰,周围的二次析出相逐渐减少,如图1(c)和图1(d)所示.当Ca的质量分数由1.0%增至2.5%时,合金晶界处的二次相形貌由原来的骨骼状变化为鱼骨状,且二次相的体积分数逐渐增加,最后呈网状连续分布在晶界处,见图1(e),图1(f)和图1(g).
12、7种实验合金的平均晶粒尺寸如图2所示.由图可知,Sr质量分数不变,随着Ca质量分数的不断增加,合金的晶粒度不断减小,当Ca的质量分数为2.5%时,合金的平均晶粒尺寸由基体合金的90.8m减小到45.4m.Ca质量分数不同的AM800.2Sr镁合金XRD衍射图谱如图3所示.由图可知,在AM80合金中添加0.2%Sr和0.5%Ca,合金主要包含Mg基体和Mg17A112两种相.当Ca的质量分数增加到1.5%时,合金组织中出现了一种新相Al2Ca.当Ca的质量分数达到2.5%时,合金组织中的Mg17A112相由于质量分数较少,在XRD检测中未检测出,出现明显的Mg基体和Al2Ca相的衍射峰.对AM8
13、00.2Sr1.5Ca镁合金进行SEM和EDS能谱分析,结果如图4及表2所示.结合合金的XRD物相分析可知,合金晶界A点所示处即为灰白色鱼骨状的Al2Ca相,E点处所示深灰色呈层片状不连续分布的组织为二次析出的Mg17Al12相,B点处所示为固溶有一定量Ca的Mg17Al12相,也可能含有一定量Al2Ca相.点C处由于Mn质量分数很高,可以认为Mn与Al结合 图1铸态实验合金的SEM组织形貌照片 Fig.1SEMmicrostructureandmorphologyofthe ascastexperimentalalloys 形成的微量AlMn相,而D点处含有Sr,但XRD分析并没有检测到明显
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