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2009重庆市铸造年会论文集热处理对挤压铸造AZ81镁合金组织和性能的影响肖华强龙思远1,2廖慧敏1原帅1(重庆大学材料科学与工程学院，重庆，400030)摘要：采用X射线衍射(XRD)、金相分析、拉仲实验、SEM分析等方法测试和分析了挤压铸造AZ81合金在铸态(F)、固溶态(T4)及固溶．时效态(T右)下的显微组织及力学性能。研究表明：经固溶处理后，AZ81台金晶界及枝品问的网状13-Mgl7AIl2相几乎全部溶入基体，合金抗拉强度和伸长率均有显著提高：时效处理后，合金a-Mg基体上有13-MgI#AIJ2相弥散析出，合金抗拉强度进一步提高，而延仲率有所降低。断121形貌呈现}Jj脆性断裂特征。关键词：挤压铸造热处理镁合金纽织性能中图分类号：TGl46．2文献标识：A文章编号：EffectsofheattreatmentonthemicrostructuresandmechanicalpropertiesofsqueezecastAZ81magnesiumalloyXiaohuaqiang|longsiyuanl_2liaohuiminlyuanshuai|(CollegeofMaterialScienceandEngineering，ChongqingUniversity,Chongqing,400030，China)Abstract：ThemicrostmctureandpropertiesofsqueezecastAZSIalloyinas-cast(F)，solidsolution(T4)andsolidsolutionplusaging0"6)stateswereinvestigatedwithX—raydiffraction(XRD)，microstructureanalysis，tensiletestandSEManalysis．Theresultsshowthatthep-Mgl7All2distributedOilgrainboundaryanddendriteisalmostfullydissolvedafterT6heattreatment，andtheultimatetensilestrengthandelongationofthealloyareremarkablyimproved．Afteragingtreatment，dispersedprecipitationofpMgl7All2phaseformsinthea—Mgmarx，whichleadstoafurtherimprovementinultimatetensilestrengthofthealloyaccomp锄iedbyaslightdecreaseintensileelongation．Thefracturemorphologyofthe1"6alloyischaracterizedbybrittlefracturefailure．Keywords：Squeezecasting，heattreatment，magnesium，microstmcture，mechanicalproperties镁合金作为理想的轻质结构材料，具有高比强、高阻尼、良好的铸造性以及易回收利用等一系列优点【l矗】。虽然压铸是目前镁合金的主要成形方式，但是压铸工艺并不适用于生产厚壁零件。充型紊流以及凝固收缩所产生的气孔、缩孔等内部缺陷不仅使合金的机械性能恶化，而且妨碍零件的后续热处理【3】。挤压铸造在保证较低的充型速度以及高压凝固的工艺条件下，能获得内部缺陷少，组织致密，综合力学性能良好的厚壁零件，并能进行热处理达到改善其力学性能或者消除铸造应力、稳定铸件尺寸的目的降引。因此，研究挤压铸造工艺条件下，热处理对镁合金组织性能的影响具有积极的意义。AM60B是应用于挤压铸造最多的高韧性镁合金，其强度和韧性指标都达不到要求，限制了应用数量和范围；而AZ91D的铝含量过高，形成的大量低熔点p相聚集于晶界上，这样合金的脆性提高t9l。本文以性能相对优异的AZ81镁合金为研究对象，研究了热处理对挤压铸造合金组织和力学性能的影响，为其生产应用提供实验依据。l试验条件及方法试验中选用商用AZ91D、纯镁作为原材料。合金在N，+0．1％SF6混合气体保护下进行熔炼，在500Kg电炉内加入适量的AZ91D镁合金，待其全部熔化后，炉温升到720℃时，加入纯Mg、纯zn，得到AZ81镁合金，进行挤压铸造，其工艺为：比压80MPa、模具预热温度200℃一250℃、浇注温度690℃、压射速度1．2一1．5m／s、保压时间15s。合金成分经光谱测得如表1所示。热处理州可控温的箱式电阻炉及自制油浴时效热处理炉进行，两种热处理j『=艺分别为400℃+12h固·257·2009重庆市铸造年会论文集溶处理和400℃+12h固溶加200。C+8h时效处理。拉伸试样按ASTMB557M-06通过线切割加工制备，其板材试样为标距25mm，厚度4mm。合金成分合金AlZnMnSiFeCuNiMgAz引8．160．62b．2l0．020O．004O．00160．0005Bal显微试样经平整端面、预磨抛光和3％的硝酸酒精腐蚀后，采用光学显微镜进行组织形貌观察。拉伸试验是在万能试验机上进行(拉伸速度Imrrdmin)，利用洛氏硬度仪对其进行硬度测试，取三次结果平均值。采用X射线衍射仪进行相组成分析，用带能谱仪的扫描电子显微镜分析组织中相的形貌、成分和拉伸断口形貌。2实验结果与分析2．I合金物相分析。。圣鹞．90o萎。凝。●∞Mga一}MgJTAII‰．mI量．昌』．L．j【。IJj||【．b●a-Mgr。儿。一Jll扯如30柏50∞70舯∞20／(。，C0a-Mg-p-MgiTAlcL1j|且．I．1|U【JIl蔓∞∞∞5060TO∞面2觚。)图l铸态及热处理状态下AZSI镁合金的XRD谱(a．挤压铸造：b．固溶处理；C固溶时效)图1为挤压铸造AZ81合金铸态、固溶和周溶时效处理状态的XRD谱。从图1可以看出，铸态AZ81主要由a-Mg相和IYMgl7All2相组成；而经同溶处理的XRD谱中只存在a．Mg相的峰，而未出现pMgl7AIl2相的峰，合金中p-Mgl7AIl2相溶解，而成为单相a—Mg固溶体组织；在固溶时效处理的XRD谱中除了存在0t．Mg相的峰外，重新出现了lB-Mgl7AIl2相的峰，这与合金经固溶时效处理后组织中重新析出B相一致。2．2合金组织分析由图2a可以看出，挤压铸造合金组织是由尺寸较大的树枝状ot-Mg相和呈不连续网状分布于晶界的共晶p-Mgl7AIl2相组成。挤压铸造过程中，合金在较大的冷却速度下的凝固过程均是在非平衡条件下进行的，初生a．Mg中的溶质AI来不及扩散均匀化，致使溶质Al在尚未凝固的液相中富集，并超过溶解度极限，使凝固组织中产生大量共晶组织。经固溶处理后，AZ81镁合金铸态组织中品界及枝晶边缘的D—Mgl7AIj2相几乎完全溶入基体中，形成了单相过饱和的a-Mg固溶体，只剩少量颗粒状的13-Mgl7AIl2仍残留在品界处(如图2b)，合金成分基本均匀化，基本消除偏析现象。图2c为Az8l合金经时效处理后的光学显微组织，从图中可以看出，经时效处理后，合金品界及a-Mg基体上都有p．Mgl7AIl2相析出，多数在晶内弥散析出，只有极少数在品界上呈层片状析出。已有的研究表明，这是由于13-Mgl7AIl2相存在连续析出和不连续析出两种时效析出机制，连续析出相多弥散分布于基体中，不连续析出相则易于在品界处形核生长[10l。可见，AZ8l合金在400℃+12h固溶加200℃+8h时效工艺条·258·2009重庆市,tim年会论文粜件下．BlMglTAIt2相的析出方式咀连续析出为主，弥散析出的颗粒状}Mg㈣AI2相不易于在光学显微镜下辨别，胡2d为同溶时效后局部晶鞋的SEM照片。围2铸态厦热址理状态下AZSI镁台童的蛆织(a挤Ⅲ铸造；b固拚处&c同浒时效：d同溶时敛的SEM照J¨23台金力学性能分析裹2挤压铸造AZ81锤台盒不同热处理状态下的宜鼍力I台：扶屈服强度抗拉强度伸长率硬度F2261417627I6T4T6表2列出了挤压铸造AZ81镁台金在不同热处理状态下的室温力学性能。经固溶处理后，品界呈网络分布的硬脆p—Mgz,AI-z相溶入基休，一方面大大降低了pM自tAl-2相对位错的阻碍作用，而使合金的宏观硬度和屈服强度下降：同时，}Mg一，AItz相的溶解也减轻了对基体的割裂作用，使合金几乎由单一的过饱和a-Mg同溶体组成，大大提高了合金的抗拉强度和延伸率。经时效处理后．争MgI川AI相从过饱和的a-Mg周溶体中弥散析出分布于d-Mg基体上，台金的宏观硬度大幅提高，抗拉强度得到进一步的提升；同时}M自7Alt2相的析出对位错的阻碍作用增强，台金屈服强度明显升高，延伸率则有所下降。2．4拉伸断口形貌分析挤压铸造AZSl镁台金铸态和固溶、时效态的室温拉伸断口的SEM形貌如图3所示。从图3a观察到t铸态合金的断口有撕裂棱．撕裂棱之间存在大量的细小圆形韧窝，形成准解理和韧性断裂的混合特征。固溶处理后，合金的断裂形貌投生明显的变化．撕裂棱周围由较棵的大韧寓和众多小韧窝组成，塑性断裂区明显增加，表明台金在断裂失散前发生了较大的塑性变形，合金塑性得到很人的改善。时效处理后，断口上的韧窝减少t出现大的解理平面，表现出脆性断裂的特征，合金塑性大幅降低。2009重庆市铸造年会论文集目3铸态&热处4状态TAZSI镬台金的断口*馥“挤压铸造；b固溶处理；c固蔷时效)3结论(11同溶处理可使挤压铸造AZSI镁台金中因非平衡凝固所产生的pMg-，^112AI共品相溶解．时效处理后，DMg”AIl2相主要以不连续方式在晶界析出。f2】2经400‘C+12h周蒋处理后，台金抗拉强度和延伸率有大幅提升，分别达到25381MPa和1024％，屈服强度有所F降；再经时效处理后，台金抗拉强度进一步提高至26249Mpa．延伸率则有所F降。(31固溶处理后，挤压铸造AZSI舍金的断口由盘多深浅不一的韧窝组成，塑性断裂区明显增加，塑性大幅改善：时效处理后，合金断口韧窝减少并出现太的解理平面，表现出脆性断裂的特征．台金塑性有所降低。参考文献fII自泽辉，罗吉荣，是树舞等镁合金挤压铸造成型的研究叫铸墙．2003．82(9)：672-674[21自泽辉．罗古荣，吴树森，李东南镁台金挤压T艺及模具的设计f月特种锌造＆有色台盘．2003(6)：39一@【如3．sKleinet,08effort,h．Wahle．，P．GUggowitzer．M—IⅢmandrn％hⅡ±cmpropertiesofsqo—c帅d⋯∞1mc蛳Mg“Ialloys[J]journalofLightMetals．2002(2)：277-280【41刘六＆．翟#泉，T攀．张彩·P≈e☆挤Ⅸ铸遣的I程实践Ⅲ特种铸造及有色合金，2008(3)；192-196【5】张妍，}中，李峰，n霞T艺参数和热”g对挤g铸造ZA91D力学性＆的膨响【Jl轻合套加I技术．200634(12)：23·25【6】李东南，范新风，翁瑞珠AZgLD镬e☆挤K铸造m织与性能的研究Ⅲ铸造技术．2006,27(3)：273-275【7】齐丕骧面向21世纪的挤K铸造技术Ⅲ特种铸造及有色台金．2002(压铸专刊)：209．213【8】齐f骧国内外挤Ⅲ铸造技术笸展概况【月特种铸造＆有色台金．2f)02(21：2023【9】潘国如，I顺成AZ91镁台金挤压组织和性能研究Ⅱ】特种铸造厦有色台盘．2{)37(101：778-780【10l张菊梅，蒋百灵，I志虎．袁森，夏鹏举同滓和时效对^z∞铙台金断裂行为的*响【月特种铸墙＆有色台金．20昕口)：酌3—6酯第一作者简介t自华强(1983一)．男．湖南衡阳^，硕士m究生．从事镁台金盎属材料研究．电话I3658362725E-mail：xhq-314@163∞Ⅲ