AX系耐熱鎂合金的研究.pdf

1、鎂合金具有高比強(qiáng)度和比剛度，良好的切削加工性能、電磁屏蔽性能、阻尼減振性能以及良好的回收利用性能，是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。因此在航空航天、汽車和通信電子等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。但是目前廣泛使用的AM60B，AZ91D等鎂鋁基合金在125℃以上時(shí)，由于β-Mg17Al12相非連續(xù)析出，導(dǎo)致高溫性能惡化，難以滿足很多場合應(yīng)用的需求。汽車的關(guān)鍵動(dòng)力系結(jié)構(gòu)件的使用溫度為150℃～200℃間，因此，開發(fā)工作溫度在150℃以上的高性能、低成本耐熱

2、鎂合金已經(jīng)成為鎂合金研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。 Mg-Al-Ca系（AX系）耐熱鎂合金在150～200℃溫度范圍內(nèi)具有良好的抗蠕變性能，并且成本低廉。研究結(jié)果表明，AX系耐熱鎂合金在高溫（>150℃）高應(yīng)力（>70MPa）狀態(tài)下，位錯(cuò)攀移型蠕變在蠕變過程中占主導(dǎo)地位。而目前基于AX鎂合金開發(fā)的AXJ、MRI153新型耐熱鎂合金添加的是堿土及稀土元素，主要起強(qiáng)化晶界、穩(wěn)定Mg17Al12相的作用。Sb、Bi等廉價(jià)合金元素在鎂基體中溶解

3、度低，能夠在合金凝固過程中形成彌散分布的高熔點(diǎn)硬質(zhì)顆粒，阻礙位錯(cuò)攀移，進(jìn)而提高合金的抗蠕變性能。本文在AX52合金的基礎(chǔ)上，通過Sb、Bi合金化或復(fù)合合金化技術(shù)，研究了Sb、Bi對(duì)AX52顯微組織、力學(xué)性能及蠕變性能的影響。 研究表明，AX52合金的組織主要是由α-Mg枝晶及枝晶間的連續(xù)分布的層片狀共晶組織及晶內(nèi)的少量顆粒相組成。枝晶間的共晶組織主要為C36結(jié)構(gòu)的（Mg，Al）2Ca及C15結(jié)構(gòu)的Al2Ca相。同時(shí)晶內(nèi)有少量的A

4、lMn相。Sb、Bi加入AX52合金以后，晶內(nèi)及晶界上出現(xiàn)一定數(shù)量的Mg3Sb2或Mg3Bi2顆粒相，該相相呈現(xiàn)不均勻分布，隨著Sb、Bi含量的增加，顆粒相數(shù)量增加，但是枝晶間的Laves相數(shù)量有所減少，當(dāng)Sb、Bi復(fù)合添加時(shí)晶間Laves相呈不連續(xù)分布。 由于Sb、Bi的加入，合金中形成高熔點(diǎn)的硬質(zhì)顆粒相。隨著Sb、Bi含量的增加，合金抗拉強(qiáng)度逐漸提高，但是當(dāng)Sb超過0．5％或Bi超過0．7％時(shí)，合金抗拉強(qiáng)度下降。合金的屈服強(qiáng)

5、度也隨著Sb、Bi含量的增加而降低?？傮w上Sb、Bi含量在0．5％時(shí)具有較好的綜合力學(xué)性能。 Sb、Bi添加量在0．3％間時(shí)，合金具有較高的抗蠕變性能，其中S3呈現(xiàn)最好的抗蠕變性能，分別比AX52合金對(duì)應(yīng)的性能降低了48．2％和48．4％；B3合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率及100小時(shí)延伸率比AX52合金分別降低了32．7％和27．6％。BS系列合金由于熔煉過程中Ca的損失較為嚴(yán)重，蠕變性能均低于AX52合金。 AX52合金在1

6、75℃～200℃間的蠕變激活能為153 KJ/mol。添加Sb、Bi合金元素后，蠕變激活能大幅提高到179 KJ/mol～228 KJ/mol之間。從合金元素的作用角度來看，Sb在鎂合金中固溶度極低，主要是通過形成Mg3Sb2分布于晶內(nèi)及晶界處，起到強(qiáng)化晶界及阻礙位錯(cuò)攀移的作用。Bi除了與Mg形成Mg3Bi2相以外，還可以固溶于α-Mg基體，起到固溶強(qiáng)化的作用。Sb、Bi的添加都使得合金的位錯(cuò)攀移阻力增大，因而提高了合金的蠕交激活能。