Mg-Sn-Zn-Al合金的制备及性能研究

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本文用正交实验法找出了性能优良的合金组分Mg-6Sn-3Al-1Zn(wt%);研究了合金元素添加量对合金组织及性能的影响规律。采用CO2+SF6气氛保护在真空感应熔炼中制备了Mg-Al-Zn-Sn合金,并通过金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉伸试验机等分析表征手段,分析了Sn、Zn和Al元素及其添加含量对试验合金显微组织和相结构、室温机械性能及拉伸断裂机制的影响。研究发现,铸态Mg-xSn-3Al-1Zn(x=3,4.5,6,7.5)合金中存在a-Mg相和Mg2Sn两种相。Sn元素可以明显细化合金的晶粒,当Sn含量增加时,合金中的Mg2Sn析出相增多,Sn含量超过6wt%时,Mg2Sn从颗粒状转变为骨骼状,并且大部分分布在晶界上。合金元素Zn在合金中分布较为均匀,但Sn与Al在晶界上的富集现象明显。在Mg-7.5Sn-3Al-1Zn合金中存在少量φ-Al2Mg5Zn2相,且作为Mg2Sn相的底座分布在合金中。Mg-xSn-3Al-1Zn(x=3,4.5,6,7.5)合金室温拉伸断口处存在撕裂棱,Sn含量在6wt%及7.5wt%时,合金局部存在韧窝,且在6wt%时合金中的韧窝数量较多且较深,是典型的韧性断裂机制。铸态Mg-6Sn-3Al-xZn(x=1,2.5,4,5.5)合金存在a-Mg相和Mg2Sn相,当Zn含量超过1wt%时合金中出现了τ-Mg32(Al,Zn)49相,并且数量随Zn含量的增加而增多。Al、Sn元素在晶界富集,Zn含量逐渐增加使Zn在晶界周围的含量提高;Al和Zn的富集导致Mg32(Al,Zn)49相形成和尺寸增大。另外,Zn元素的添加提高了合金的屈服强度,但是降低了合金的抗拉强度和延伸率。Mg-6Sn-3Al-xZn(x=1,2.5,4,5.5)合金中随着Zn含量的增加,断口中出现了裂纹,并出现局部存在沿晶断裂的特征;当Zn含量为1wt%时,断口有明显的撕裂棱,局部有一些细小的韧窝存在,此时断裂方式以韧性断裂为主。铸态Mg-6Sn-1Zn-x Al(x=1,2,3,4)合金析出相有a-Mg和Mg2Sn相。随着Al元素添加量的增加,析出相Mg2Sn的数量逐渐增多且尺寸增大;当Al添加量超过3wt%时Mg2Sn相的形态由颗粒状转变为骨骼状且数量较多,主要分布在晶界处。随着Al元素含量的增加,其在晶界的富集也越来越明显。Mg-6Sn-4Al-1Zn合金中发现在Mg2Sn颗粒周围分布着由细小颗粒状和条状组成的网状Mg32(Al,Zn)49析出相,且都分布在晶界上。合金室温拉伸端口中存在撕裂棱,且在Al含量3wt%时合金断口中有韧窝存在,是韧性断裂的体现。挤压态Mg-Sn-Al-Zn合金中第二相分布更加的均匀,随合金元素含量的增加,相的颗粒尺寸逐渐增加。挤压态Mg-6Sn-5.5Zn-3Al合金室温抗拉强度为324.2MPa,屈服强度为125.1MPa,伸长率为20.7%,具有优异的力学性能。挤压态Mg-xSn-3Al-1Zn(x=3,4.5,6,7.5)合金中,Sn在3wt%时韧窝量多,是典型的韧性断裂形貌;Mg-6Sn-3Al-xZn(x=1,2.5,4,5.5)合金中随Zn质量分数的增加,挤压态断口中的裂纹和韧窝的数明显增多。在Mg-6Sn-1Zn-xAl(x=1,2,3,4)合金中韧窝明显,而且在断口处分布着一定数量的细小的撕裂棱,是韧性断裂机制的体现。
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