【正文】 文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并 向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。汽車輕量化的途徑很多，其中采用 鋁 、 鎂 輕質(zhì)材料是汽車輕量化重要措施。但是普通鎂合金的機(jī)械、耐蝕、耐高溫性能較低，從而限制了其應(yīng)用范圍。 但我國在稀土新材料的開發(fā)應(yīng)用方面與日本、美國等發(fā)達(dá)國家相比還有相當(dāng)大差距。 本論文 考察固溶處理對 MgAlZn 洗合金顯微組織和耐腐蝕性能的影響，揭示不同固溶處理時間和固溶處理溫度對 AZ91D 鎂合金 及含混合稀土（ Ce， La） 的 AZ91D長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 鎂合金的顯微組織和 抗腐蝕性能 的影響規(guī)律。 國外對于鎂合金的發(fā)展非常重視， 各國紛紛加大鎂合金制品的研發(fā)力度，尤其是20 世紀(jì) 90 年代以來，相繼出臺了鎂研究計劃，開展了大型的 產(chǎn)、學(xué)、研 聯(lián)合攻關(guān)項目和計劃。這些問 題必將給鎂業(yè)良性發(fā)展帶來嚴(yán)重后果。 鎂合金的性能及應(yīng)用 鎂合金引起人們的關(guān)注是在 20xx 年。 鎂合金零件的性能 : ① 質(zhì)量輕 ,密度僅為 ,是鋁的 2/3,鋼的 1/4,換用鎂合金可減輕整車重量 ,間接減少了燃油消耗量。雖然鎂合金成本高于鋁合金 ,但鎂合金的應(yīng)用前景仍然看好 ,福特汽車公司已開始用鎂合金制造懸架零件、制動盤和制動鉗等 [6]。 ③ 振動吸收性良好 :比阻尼容量為鋁合金的 10～ 25 倍 ,鋅合金之 115 倍 ,吸震能力優(yōu)異 ,用在可攜式設(shè)備上有助于減少外界震動源對內(nèi)部精密電子、光學(xué)組件的干擾。 ⑥ 耐蝕性佳 :耐腐蝕 (鹽腐蝕試驗上 )為碳鋼的 8倍、鋁合金的 4倍、塑料材料的10 倍以上 ,防腐能力優(yōu)良。各大筆記本電腦廠商都將大量采用鎂合金機(jī)殼 ,以取代碳纖維機(jī)殼和鋁合金機(jī)殼。另外 ,經(jīng)過精煉加工后 ,還可將鎂從該合金中再單獨(dú)分離出來 ,非常利于循環(huán)利用。實驗證明 ,即使在高壓狀態(tài)下 ,在 175℃的高溫下放置約 100h,這種鎂合金也不會變形 ,可用來生產(chǎn)變速機(jī)的包裝盒等形狀復(fù)雜的部件。 研究發(fā)現(xiàn) ,微量 Ca 的添加能夠改善漢字狀 Mg2Si 相的形態(tài) ,細(xì)化 Mg2Si 顆粒 ,提高 AS 系列鎂合金的組織和性能。產(chǎn)綜研進(jìn)行了諸多與鎂合金有關(guān)的技術(shù)開發(fā)工作 ,如 ,消除了鎂合金重大缺點(diǎn)之一，降低著火燃燒危險性的新合金“阻燃性長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 鎂合金”的開發(fā)、鎂合金表面改質(zhì)技術(shù)的開發(fā)以及采用 FSW 的鎂合金焊接等。于是此次就確立了這樣一種技術(shù) :首先用阻燃性鎂合金加工出具有良好特性的擠壓材料和壓延材料 ,將其成型為單純形狀的部件后 ,通過焊接將其加工成大尺寸部件 [10]。根據(jù)不同的耐蝕性要求 ,選擇化學(xué)表面處理、陽極氧化處理、有機(jī)物涂覆、鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等方法處理。目前國內(nèi)外材料工作者的高度重視新型變形鎂合金及其成型工藝的開發(fā) ,美國成功研制了各種系列的變形鎂合金產(chǎn)品 ,如通 過擠壓 +熱處理后的 ZK60 高強(qiáng)變形鎂合金 ,其強(qiáng)度及斷裂韌性可相當(dāng)于時效狀態(tài)的 Al7075 或 Al7475 合金 。以色列最近也研制出用于航天飛行器上的兼具優(yōu)良力學(xué)性能和耐蝕性能的變形鎂合金 ,法國和俄羅斯開發(fā)了魚雷動力源變形鎂合金陽極薄板材料 [11]。 表 11 壓鑄鎂合金化學(xué)成分表 Al Zn Mn Si Cu Ni Fe 其他 AZ91D ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ AM60B ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ AM50A ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ AM20 ≤ ≥ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ AS41B ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ As21 ≥ ≤ ≤ ≤ ≤ AE42 ≤ ≥ (RE) ≤ ≤ ≤ ≤ 表 12 變形鎂合金化學(xué)成分表 常見壓鑄鎂合金和變形鎂合金的化學(xué)成分分別見表 1表 12。鋁可改善壓鑄件的可鑄造性，提高鑄件強(qiáng)度。鋁含量越高 ，耐蝕性越好。鋅含量大于 ％時對防腐性能有負(fù)面影響。在鎂中加入錳對合金的力學(xué)性能影響不大，但降低塑性，在鎂合金中加入 1％～ ％錳的主要目的是提高合金的抗應(yīng)力腐蝕傾向，從而提高耐腐蝕性能和改善合金的焊接性能。長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 各種稀土元素在鎂中的溶解度相差很大， Y在鎂中的極限固溶度最大，為 ％； Nd居中，為 ％； La和 Ce 最小，分別為 ％和 ％。 MgAlZn 合金最典型和常用的鎂合金是 AZ91D，其壓鑄組織是由 ? 相和在晶界析出的 β 相組成。因而表面層硬度明顯高于心部硬度。使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。從合金強(qiáng)化相上來分析，含有 S相和 CuAl2等相的合金，一般采用自然時效，而需要在高溫下使用或為了提高合金的屈服強(qiáng)度時，就需要采用人工時效來強(qiáng)化。對于鋁－鋅－鎂－銅系合金入 LC4則相反，當(dāng)采用人工時效時，合金耐蝕性比自然時效好。到目前為止 ,稀土元素如 Y、 Sc、 Gd 在耐熱鎂合金 中的作用研究已取得突破性進(jìn)展。 （ 3） 稀土高強(qiáng)度鎂合金 現(xiàn)有鎂合金的常溫強(qiáng)度和塑韌性均有待進(jìn)一步提高。因此鎂合金液中降低 Cl 元素將其限制在一定范圍內(nèi)有助于減慢鎂合金的腐蝕。 （ 1） 軍工領(lǐng)域方面 在軍工方面 ,以稀土金屬釹為主要添加元素的 ZM6 鑄造鎂合金已用于直升機(jī)減速機(jī)匣、殲擊機(jī)翼肋及 30kW 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子引線壓板等重要零件。 Drits 等開發(fā)的一系列耐熱高強(qiáng) WE型鎂合金，因具有良好的力學(xué)性能已廣泛應(yīng)用于賽車及航空飛行器的變速箱殼體 ,并可在汽車發(fā)動機(jī)箱體、變速箱殼、舵桿件、氣缸蓋、支撐柱等部件中得到使用 [20]。但我國在稀土新材料的開發(fā)應(yīng)用方面與日本、美國等發(fā)達(dá)國家相比還有相當(dāng)大差距。近年來 ,稀土合金的研究有了很大發(fā)展，世界各國紛紛制定有利于鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，稀土在鎂合金中的應(yīng)用開發(fā)條件逐漸成熟，隨著稀土鎂合金的優(yōu)良特性逐步為人們所接受，其應(yīng)用市場也將更廣闊 [21]。把大塊的含有 的AZ91D 及 AZ91 鎂合金加工成 20mm 10mm 10mm 左右大小的試樣。 X 射線衍射實驗所使用的材料 從未作任何處理的 AZ91D 鎂合金上用手鋸切下 10mm 20mm 20mm 試樣選擇 20mm 20mm 面進(jìn)行打磨，選擇 280、 3 400、 600 號砂紙進(jìn)行打磨，打磨完畢用無水乙醇沖洗干凈。如果用高溫進(jìn)行實驗，將極易被氧化。 （ 2）將 AZ91D、 AZ91DRE 鎂合金進(jìn)行金相觀察，觀察固溶處理前的試樣，與經(jīng)過不同時間處理的試樣的顯微組織進(jìn)行比較分析。 （ 5）對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納，處理。 （ 2）打磨。 （ 4）收集。要盡量使觀察面水平。 固溶處理后的 AZ91DRE 使用細(xì)的拋光膏 在呢子、絨布上拋光。 腐蝕劑選用 75mL 無水乙醇 +25mL 蒸餾水 +1mL 冰醋酸 +1mL 硝酸 ，腐蝕 120— 160 秒，待出現(xiàn)亮灰色用酒精清洗，電吹風(fēng)吹干。 砂紙編號應(yīng)選擇 3 400﹑ 800； 保證每道砂紙經(jīng)過相互垂直的磨削方向。在試樣上涂上指甲油，留出 5mm 5mm 的位置，后晾干鎂合金試樣。然后，將極化曲線試樣的銅絲與工作電極連在一起，然后把試樣、輔助電極、參比電極一起放入 NaCl 溶液中。 實驗設(shè)備 （ 1）固溶處理實驗設(shè)備：本實驗所采用的熱處理儀器為管式電阻爐 ,型號SK2110（如圖 2— 1）額定功率 1KW,額定溫度 1000℃ ,爐膛尺寸 Φ 40X600,質(zhì)量為35Kg。 ②室溫升溫至最高使用溫度≤ 60min。 圖 21 試驗用加熱設(shè)備管式電阻爐圖片 （ 2）金相實驗設(shè)備： NiKonEPIPHOT300 金相顯微鏡（如圖 22 1XB 光學(xué)顯微鏡。微調(diào)靈密度 :微調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)動 1 周移動 目鏡 10X； UIS 物鏡 5X,10X,20X,50X,100X；放大倍數(shù) 501000。能譜分析 3 311 可以看到灰白色的 β （ Mg17Al12） 相 分布在晶界上，晶界邊緣分布著 (α +β )共晶相，針狀的 Al4Ce 相分布在晶內(nèi)，晶內(nèi)也存在著少量的針狀相。由圖（ a）可以看出，未固溶處理的 AZ91 鎂合金其晶界不清晰，晶界是呈網(wǎng)狀分布的，且是連續(xù)分布。據(jù)報道 [2425]MgAl 系鎂合金中的 AlMn 金屬間化合物主要有 Al6Mn、Al4Mn、 AlMn、 Al8Mn5四種 ,形狀主要有針狀、十字狀、花朵狀及顆粒狀 ,大小為 —30μ m。根據(jù) MgAl合金相圖（圖 33所示）可知，此類合金中主要存在α Mg 和 β （ Mg17Al12）兩種相。在 560℃4h 及 540℃ 8h 條件下部分晶界開始溶解，這是因為此時的處理溫度已經(jīng)比較高，時間較長。觀察 560℃ 8h的組織，我們可以發(fā)現(xiàn) β （ Mg17Al12）發(fā)生過燒現(xiàn)象。說明在此溫度下 β （ Mg17Al12）相已經(jīng)受損，因為此時的溫度比較高。 固溶處理后， 發(fā)現(xiàn) 晶粒長大， AlMn 相逐漸溶解，晶界相清晰可見，在溫度較高的固溶處理條件下 β （ Mg17Al12）相開始溶解，部分組織中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有斷網(wǎng)現(xiàn)象。 圖 41 AZ91D 鎂合金不同溫度處理 2 小時的顯微組織 (a)530℃； (b)540℃； (c)550℃； (d)560℃； 觀察 AZ91D鎂合金在不同溫度下處理 4 小時的顯微組織，如圖 42，我們 發(fā)現(xiàn)隨固溶溫度增加， β （ Mg17Al12）相先是析出較多，但在達(dá)到 560℃時， β （ Mg17Al12）相晶界開始逐漸溶解，并出現(xiàn)斷網(wǎng)現(xiàn)象。 (a) (b) 169。在圖 43 所示各個固溶處理條件下， AlMn 相逐漸減少。我們再來觀察， 530℃兩小時的顯微組織，我們?nèi)匀荒馨l(fā)現(xiàn)完整晶粒，且 β （ Mg17Al12）相在α Mg 基體中溶解的不是很多。 (a) (b) 169。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 28 圖 46 AZ91DRE 鎂合金不同溫度處理 4 小時的顯微組織 (a)400℃； (b)440℃； (c)480℃； (d)530℃； (e)560℃； 本章總結(jié) 通過觀察 AZ91D 鎂合金及含混合稀土（ Ce,La）的 AZ91D 鎂合金 不同處理 溫度下的顯微組織，可以發(fā)現(xiàn)，固溶處理后的組織中晶粒明顯長大，但隨著處理溫度的升高，AlMn 相逐漸溶解在α Mg 基體中，晶粒繼續(xù)增大，當(dāng)達(dá)到一定溫度后晶界相開始溶解，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷網(wǎng)現(xiàn)象至 β （ Mg17Al12）相?；?，晶界相完全溶解， AZ91D 鎂合金的熔點(diǎn)是 596℃且 β （ Mg17Al12）相的溫度只有 473℃， β （ Mg17Al12）相當(dāng)固溶溫度較高時，組織會發(fā)生過燒現(xiàn)象。 AlMn 相逐漸溶解。 （ a） （ b） （ c） 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 30 觀察 AZ91D 鎂合金經(jīng)過 540℃處理不同時間的組織，如圖 52，可以看出圖 (a)中 β （ Mg17Al12）相較多，晶粒較大，稱不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， AlMn 相在α Mg 基體中析出較多，從圖 （ b） 中我們可以看出晶粒較大 β （ Mg17Al12）相逐漸溶解，局部地方出現(xiàn)斷網(wǎng)現(xiàn)象， AlMn 相在α Mg 基體中溶解度進(jìn)一步上升。從圖 （ c） 中我們可以看出， AlMn 相在集體中的溶解量進(jìn)一步減少， β （ Mg17Al12）相進(jìn)。 53 AZ91D 鎂合金 550℃處理不同時間的顯微組織 （ a） 2 小時； （ b） 4 小時；（ c） 8 小時； 觀察 AZ91D 鎂合金經(jīng)過 550℃處理不同時間的組織，如圖 53 所示，從圖 （ a）中可以看出晶粒較大，晶界相清晰明顯，部分 AlMn 相在α Mg 基體中部分析出。 。在圖 （ b） 中我們可以發(fā)現(xiàn)， β （ Mg17Al12）相逐漸溶解，網(wǎng)狀晶界逐漸溶解，出現(xiàn)斷網(wǎng)現(xiàn)象。 表 41 圖 45中的 EDS 點(diǎn)分析結(jié)果 元素 重量 % 原子 % 凈強(qiáng)度 凈強(qiáng)度誤差 MgK 0 AlK ZnK 觀察 AZ91DRE 鎂合金在不同溫度下處理 4 小時的顯微組織，如圖 46，我們發(fā)現(xiàn)在圖 （ a） 中 β （ Mg17Al12）相呈現(xiàn)不規(guī)則形狀分布在基體中，非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因為溫度較低 β （ Mg17Al12）相還未完全溶解，但是經(jīng)過處理呈現(xiàn)圓潤形狀。再來觀察 560℃兩小時的顯微組織我們發(fā)現(xiàn)晶界 β （ Mg17Al12）相析出量增多，α Mg 基體中的 AlMn 相減少。 觀察 AZ91RE 鎂合金在不同溫度下處理 2小時的顯微組織，如圖 44，我們發(fā)現(xiàn)在 2 小時條件下， AZ91DRE 鎂合金中的 β （ Mg17Al12）相基本完好，在 44(a)中可見晶粒較大，晶界完整，但 AlMn 相析出較多，在 310b 中我們可以發(fā)現(xiàn)在α Mg 基體中出現(xiàn)?；?β （ Mg