摘 要

本文讨论了不同固溶时效方式对Mg-Al-Sn合金组织和力学性能影响研究 。首先熔炼了五组名义成分分别为Mg3Al、Mg4Al、Mg8Al、Mg3Al1.2Sn以及Mg8Al1.2Sn五个不同成分的镁合金试样，先将熔炼的镁合金用线切割机分成五份，将一份作为铸态原始试样，对它进行打磨抛光并用稀盐酸腐蚀。分别使用金相显微镜拍摄镁合金的金相照片以及使用X射线衍射仪得出X衍射图谱来分析的合金的组织形貌和相组成，采用显微维氏硬度仪器测量试样的显微硬度。之后对另外四组实验进行固溶时效热处理，条件分别为300℃ 4h，300℃ 4h/150℃ 15h，400℃ 6h，400℃ 6h/150℃ 15h，并再次进行之前的测试方式，通过三种测试分析手段，综合分析固溶时效之后合金的组织形貌以及力学性能的不同。

实验的结果表明：镁铝合金在铝3%wt-8%wt范围内，由于铝对镁合金的固溶强化效果，能使镁合金中的枝状晶组织细化，特别是在Mg8Al中与镁形成Mg₁₇Al₁₂相，锡能在镁合金中生成Mg₂Sn相，并在时效过程中弥散析出。Mg₂Sn相能细化晶粒并阻止位错运动。通过4小时300℃和6小时400℃的固溶处理能使Mg₁₇Al₁₂相和Mg₂Sn相溶于hcp-Mg基体中，增强铝元素和锡元素的固溶强化效果；之后15小时150℃的人工时效处理使两种相以更加细小的形态在晶粒或晶界上析出细化晶粒，并使合金成分变得更加均匀。

关键词：Mg-Al-Sn合金 固溶时效 组织形貌 硬度

Effect of different solution and aging treatment annealing on Mechanical Properties of Mg-Al-Sn Alloys

ABSTRACT

In this paper, we discussed the effects of different solution and aging treatment annealing on on Mechanical Properties of Mg-Al-Sn Alloys. At first,we melted five magnesium alloy samples with different compositions. Then the as-cast samples were ground and polished. The microstructure and phase composition of the alloy were analyzed by metallographic microscope and X-ray diffractometer, and the microhardness of the alloy was measured by microVickers hardness instrument. After that, four groups of samples with the same composition were treated with four different solid solution treatments or solution treatments plus artificial aging, and the previous test methods were carried out again. The changes of microstructure and mechanical propertiesof magnesium alloys after solution aging were compared. 

The experimental results show that In the range of Al mass fraction of 3%-8%, magnesium aluminum alloy can refine the dendritic crystal structure in magnesium alloy because of the solid solution strengthening effect of aluminum to magnesium alloy, especially in Mg8Al with magnesium to form Mg₁₇Al₁₂ phase. Tin can produce Mg₂Sn phase in magnesium alloy and disperse precipitation during aging process. The Mg₂Sn phase can refine the grain and prevent dislocation motion. The solid solution treatment of 4 hours and 300 ℃ and 6 hours 400℃ can dissolve Mg₁₇Al₁₂ and Mg₂Sn in hcp-Mg matrix to enhance the solid solution and strengthening effect of aluminum and tin elements.

Keywords: Mg-Al-Sn alloy; Solution and aging; Microstructure; Hardness

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2合金化对镁合金的影响 1

1.2.1 主要合金元素的作用 2

1.2.2 锡元素对镁合金的影响 3

1.3 热处理对镁合金的影响 4

1.3.1固溶处理 5

1.3.2时效处理 5

1.3.3固溶处理 人工时效 6

1.3.4退火 6

1.4.研究的意义 7

第二章 实验方案 8

2.1 实验药品与仪器 8

2.2 实验步骤 9

2.2.1试样制备 9

2.2.2热处理方案 9

2.2.3 试样预处理 11

2.3 测试方法 13

2.3.1金相试样组织形貌的观察 13

2.3.2XRD物相分析 13

2.3.3硬度性能测试 13

2.4 实验流程 15

第三章 实验结果分析与讨论 16

3.1 合金元素对镁合金组织形貌和力学性能的影响 16

3.2固溶时效处理对镁合金组织形貌和力学性能的影响 20

3.2.1 300℃ 4h固溶处理 20

3.2.2 300℃ 4h/150℃ 15固溶时效 23

3.2.3 400℃ 6h固溶处理 25

3.2.4 400℃ 6h/150℃ 15h固溶时效 28

3.2.5比较四次热处理对不同成分镁合金力学性能的影响 31

第四章 结论 33

参考文献 34

致 谢 36

第一章 文献综述

1.1引言

镁合金是是一种非常轻的材料,它能很好地应用于生活中的很多方面。它的好处是密度小、比强度和比刚度高、切削加工性优良。基于这些原因，在上世纪末至本世纪初各类镁合金广泛地运用于相当多的行业，其中应用最广泛的当属关注产品自重的交通运输和电子通讯等领域^[1]。近三十年伴随着汽车行业的快速发展，为了满足汽车生产对于材料的大量需求,镁合金研究快速发展。科研结果显示,一台汽车的自重如果可以减少10%,那么它的油耗将会减少3%～4 %。欧美的汽车生产商计划至2010年把汽车的油耗降低25%, 并且使二氧化碳排放量降低30%^[2]。

镁合金是一种更轻便、更绿色的材料，它的研究及应用技术已经投入工业生产并在某些行业的应用中取得了巨大的成功，未来的铸造镁合金一定会更好地应用于交通运输领域。对先进铸造镁合金材料是一块充满前景且尚未得到充分开发的宝地，加大投入研究和发展新的镁合金材料不但能够获得很好的经济收益，而且也能为社会和环保事业做出巨大的贡献。世界国家都在进一步加大对镁合金研究的经费，不但要追求它本来已经拥有性能，开发出强度高、耐高温、耐蚀性强的镁合金更是未来的重中之重，与此同时改进镁合金的铸造工艺及生产设施的研究同样是关键。我国镁合金的产学研单位需要协同合作,吸取好的理论先例,借鉴先进经验,模仿和创新,以交通、信息等领域的优势产品为尖刀,促进我国镁合金产业的蓬勃向上^[1][3]。

1.2合金化对镁合金的影响

镁合金虽然有密度小，环保等无可比拟的优势，但是与此同时它的力学性能的不足严重制约它更大范围的应用。通过添加合金元素来改善镁合金的性能,是一种目前研究后发现的卓有成效的方法,也是目前镁合金研究领域的一个非常受关注的方向。由于向镁合金中加入两种或两种以上的合金元素,形成三元甚至更多元的镁合金会使分析过程较为复杂,所以对多元镁合金的研究进展较慢,目前的主要研究方向还是集中在加入单一元素形成二元镁合金来改善合金性能 。在一般情况下，镁合金是以镁–铝体系为基础，含铝镁合金有不利影响的机械性能β- Mg₁₇Al₁₂化合物。因此，第三合金元素如锶（Sr）、钙（Ca）、锡（Sn）被添加到镁合金中以提高机械性能^[11]。

1.2.1 主要合金元素的作用

铝:铝元素是镁合金中应用最广，使用最久，也是效果最显著的合金元素。铝元素在镁中的固溶度比较大,在共晶点它的固溶度为12.5%。铝的固溶度对温度变化敏感,基于这个原因在镁合金中添加铝元素有非常重要的作用，它能对镁合金产生固溶时效强化使合金中的相沉淀下来。镁合金经过固溶时效后生成的过饱和固溶体在低温条件下分解时,将跳过沉淀阶段生成平衡相。在镁合金中的铝质量分数较高时,第二相在hcp-Mg基体中不断的沉淀。

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