Si对快速凝固粉末冶金(RSPM)AZ91镁合金组织和性能的影响.doc
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1、Si对快速凝固粉末冶金(RSPM)AZ91镁合金组织和性能的影响关 键 词:快速凝固;镁合金;Mg2Si;力学性能 Effect of Si Content on Microstructure and Property of Rapid Solidification/Powder Metallurgy (RS/PM) AZ91 Alloy CHEN ZhenhuaCAO TeZHOU Tao ABSTRACT: Si-enhanced AZ91 magnesium alloy was obtained through (RS/PM) in this paper. The effects of
2、different Si content on microstructure, room and elevated temperature mechanical properties of AZ91 alloy were examined. The results show that Mg2Si particles generated in situ are grew up gradually as the increasing of Si content. By adding Si to the alloy can significantly improve the room and ele
3、vated temperature mechanical properties. At the room temperature, The tensile strength of alloys improved with the Si contents increased when the Si contents less than 3(mass)%. But when the Si contents increased to 5(mass)%, the alloy tensile strength reduced significantly. The alloy with 3(mass)%S
4、i exhibits the best mechanical properties, its 0.2% yield tensile strength,ultimate tensile strength and elongation of rupture were 354.93MPa, 472.36MPa and 4.70%. And the alloy elevated temperature (473K) tensile properties improved as the Si addition increasing. KEYWORDS: Rapid solidification; Mag
5、nesium alloys; Mg2Si; Mechanical properties 由于能源短缺和日益苛刻的环保要求,全球对低密度、高性能结构材料的需求日益增大。在交通工具、移动设备上尽可能多的应用轻质结构材料显的越来越重要1。而金属镁及其合金是目前工业上最轻的金属结构材料,具有较高的比强度、比刚度以及良好的铸造、减震、切削加工等性能2-3。AZ91镁合金是目前应用最为广泛的铸造镁合金之一,但随着应用要求的不断提高,AZ91镁合金的强度有待进一步提高。Si作为一种廉价的基础合金化元素加入AZ91镁合金中,可与Mg反应生成高熔点、高硬度的Mg2Si相,是强化镁合金最有潜力的元素之一4-5。但
6、Si的添加最大不足在于低冷却速率下会形成粗大汉字状Mg2Si相6,从而使合金力学性能受到很大影响。闵学刚等7运用Ca、RE和Si复合合金化AZ91来细化和改变Mg2Si相形态,但这些元素价格昂贵,且合金化程度也有限。 快速凝固(RS)是一种新型的金属材料制备技术,基本原理是设法将合金熔体分散成细小的液滴,减小熔体体积与散热面积的比值,提高熔体凝固时的传热速度,抑制晶粒长大和消除成分偏析。与传统材料制备技术相比,快速凝固技术可以显著细化合金的微观组织、减小成分偏析、扩展合金元素在基体中的极限固溶度、形成亚稳相等8-9,从而显著改善合金的力学性能。如果能够利用快速凝固技术制备出均匀分布的微米级或更
7、为细小的Mg2Si相颗粒增强镁合金材料,则该类材料将具有重要的研究价值。顾世真等10研究了喷射成形AZ91和AZ91+2wt%Si镁合金的微观组织,发现喷射成形技术显著细化了合金组织,并有效改善了Mg2Si相的形态,使之呈现为近球形或多边形。前期工作11研究表明,RS/PM (AZ91+2wt%Si)合金具有优异的室温和高温力学性能,合金的最高拉伸强度(b)达到429.78 MPa,伸长率()为6.4%。但目前Si含量对RS/PM AZ91合金组织和性能的影响仍然不清楚。因此,本文通过在RS/PM AZ91合金的基础上添加不同含量的Si,并研究Si对RS/PM AZ91合金的微观组织、室温和高
8、温力学性能的影响。 1. 实验方法 图1为雾化-双辊急冷法装置工作原理的示意图,从原理图可知,制备快淬薄带碎片的过程如下:将镁合金熔液转入浇铸钢包内,盖上钢盖,在熔液表面施加Ar (99.99%)气压力,使溶液从喷嘴喷射而出,在液柱未接触铜辊之前,从侧旁给液柱施加一股从出气口喷射出的Ar气流,这股Ar气流可将液柱破碎成细小的 图1雾化-双辊急冷法装置工作原理示意图 Fig.1.Schematic illustration of twin-roller atomization equipment 液滴,随即溅射到铜辊表面快速凝固后沿铜辊旋转切线方向甩出,从而制备出快速凝固合金箔片。雾化-双辊急冷
9、法的工艺参数如下:辊速1200r/min (25.12m/s),喷嘴孔径1.5mm,Ar气压力0.08MPa,液流破碎Ar气压力0.3MPa,喷铸高度145mm,双辊辊缝宽度0.1mm,浇铸温度993K,保温炉温度923K,浇注坩锅预热温度923K,整个装置的保护气氛为Ar气,钢包内侧涂有ZnO层。随后将快速凝固粉末在473K温度下压实成直径为50mm坯料,并在653K温度下挤压成横截面为6mm30mm板材,挤压比为11:1,挤压速度 为0.1mm/min。具体合金的成分如表1所示。通过西门子D5000 X射线衍射仪,JEM-3010透射电镜,扫描电镜JEOM5600来研究快速凝固粉末和其挤压
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- Si 快速 凝固 粉末冶金 RSPM AZ91 镁合金 组织 性能 影响
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