變形鎂合金形變熱處理的研究

大連理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文)變形鎂合金形變熱處理的研究Ｔheresｅarchofｄisｔｏrtiｏnmａｇｎeｓiｕmalloyａfｔｅrhｅaｔdeformaｔiontｒｅａｔｍent學(xué)院（系):材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：金屬材料工程學(xué)生姓名：學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師：評(píng)閱教師:完成日期：大連理工大學(xué)DａｌiａnUnｉversityofTechｎoｌoｇy-PAGEII-摘要鎂及鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼減震性好、導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽效果佳、機(jī)加工性能優(yōu)良、零件尺寸穩(wěn)定、易回收等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車、計(jì)算機(jī)、電子、通訊和家電等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。鎂合金具有較好的鑄造性能，目前鎂合金產(chǎn)品以壓鑄件居多,但與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金晶粒細(xì)小，成分偏析低,具有較好的強(qiáng)度和塑性,是性能優(yōu)良的鎂合金，因此，鎂合金塑性成形工藝的研究已成為世界鎂工業(yè)中重要的方向.由于鎂合金密排六方的晶體結(jié)構(gòu),常溫下塑性變形能力較差,加工成品率低,限制了其應(yīng)用。隨著溫度升高,原子振動(dòng)幅度增大，會(huì)激活潛在的滑移面和滑移方向,使變形鎂合金塑性性能大大改善.本文從提高鎂合金性能入手，將AＺ3１和ＡZ61擠壓變形鎂合金進(jìn)行不同條件的熱處理,研究Ｔ4處理、Ｔ5處理和T6處理對(duì)擠壓變形鎂合金顯微組織和硬度的影響,結(jié)果表明：AＺ31鎂合金在３50℃固溶1２h下得到了較優(yōu)化的熱處理工藝的組合,AZ31鎂合金硬度值達(dá)到６5.5HB。ＡZ61鎂合金在２０0℃時(shí)效12ｈ下得到了較優(yōu)化的熱處理工藝的組合,AＺ61鎂合金硬度值達(dá)到７０。0HB。關(guān)鍵詞：AＺ3１鎂合金;AZ61鎂合金;熱處理；顯微組織；力學(xué)性能

TｈereseaｒcｈofdistｏrtｉｏnmaｇneｓiｕmａlｌoｙａfｔｅrheaｔdeｆormatiｏnｔｒeaｔmｅnｔAbstｒacｔMagnｅsｉuｍａndmagnｅsiuｍaｌｌoyａｒetｈｅlｉgｈｔeｓtｍeｔａlｌｉcｓtruｃtuｒaｌmａt(yī)erialatｐｒｅseｎt．Tｈeyhａveｂeenｕseｄｗideｌｙinｔhｅaviatioｎ,ａuｔoｍｏtive，coｍｐuteｒ，anｄelｅｃtｒoniｃsindｕｓtrｉeｓ，ｄｕetｏｔｈeｉrunｉqueｐｒoｐeｒｔｉessuchａslowdeｎsiｔy,ｈiｇhspｅcｉfｉcstreｎｇtｈａｎｄrigiｄｉｔy，gｏodｄampingcapａcｉｔyａnｄheａｔcｏndｕctiviｔｙ,excｅllｅnｔelｅｃｔromagｎetｉcｓｈieldeｆｆecｔiｖenｅssａndmachinaｂｉlitｙ,ｇoｏdｄｉmenｓｉonalstaｂilｉtyanｄｒecｙｃleｃｈarａｃter，andsｏon．Bｅｃauseofthecｌoｓｅgrain，lowcoｍpoｓｉtioｎsegregatioｎａｎdhｉgｈstrengｔｈaｎdplastｉciｔy，ｗｒouｇｈｔＭｇalloyhaｓbｅtteｒpropｅrｔiesｔｈaｎｃａstＭgalｌｏy.BuｔMgalｌoｙｉsｔｈeＨCＰｃrystaｌsｔruｃtｕｒe，therefｏreitsplａｓtiｃdefoｒmatｉoniswoｒsｅａt(yī)ｒｏomｔｅmｐeratuｒe，ａndprocｅsseｄｙiｅldisalsoloｗer,whicｈcoｕldbeｌimiｔｉtｓapplicatｉoｎ.ＴheplaｓtｉｃitｙofwroughtMgａlloｙwiｌlｂegreａt(yī)ｌyimｐrovｅdwｉtｈｈighertｅmｐｅrature．Theｂehaｖiｏrofpyroplastiｃｄeforｍａt(yī)ioｎｏｆAZ31alloyｗａsｓyｓｔeｍaticalｌyｓtudiedwitｈoptｉcalmicrosｃｏpeaｎdＳＥM．ＰhｙsiｃsａｎdnuｍｅｒiｃａlｓiｍｕlationｔecｈｎｉqｕｅsｕｃhａsＧleeble－１５00tｈermaｌaｎalｏgcomputeｒandAＮSYSｓoftwａｒeｗｅrｅalｓoｅmｐloyｅｄ。Tｏｅnhaｎcｅｔｈemａｇnｅsiｕmallｏyperｆormaｎcｅ,weｐuｔＡZ31ａnｄAＺ6１ｅxtｒusionｄiｓtortionmａgnｅsｉumalloｙｉndｉfferentｈeａt(yī)trｅatmｅntcｏnｄiｔiｏn。westuｄythebasiｃｔheoｒyandｃraｆtexpeｒiｍentoｆT4proceｓsｉｎｇ,T5pｒocｅsｓingａnｄT6prｏceｓｓiｎgofＡZ3１ａnｄＡZ61。Theresuｌｔshｏwtｈａt(yī)：TｈeoｐtimiｚedｈeattrｅａｔmentｔｅchnｉcofｉsAZ3１magnｅsｉumalloｙ４2０℃１２ｈａftｅrｓoｌutｉontｒeatmｅｎｔｗhiｌｅhardnessinｃｒeasｅsｔo6５.5ＨB,ａndthegrａiｎsizeiｓｓｍall．Ｔhｅoptiｍｉｚｅdhｅattrｅａt(yī)ｍｅntｔechnicoｆｉｓAZ61mａgｎesｉumａｌloｙ２00℃12haｆｔerａｇeiｎgtreａt(yī)meｎtｗhｉleｈardnessｉnｃｒeasesｔo70。0HB,ａｎdtheｇｒainsｉzeｉs15μｍ.KｅyWorｄs：AZ３1magnｅsｉuｍallｏyｓ；AZ6１magnｅsiuｍallｏyｓ;Heattreaｔment；Ｍiｃrｏｓｔｒuctuｒｅ;Ｍｅcｈanicalpｒopｅrｔies目錄TOC\o＂1—3＂＼h\ｚ＼ｕＨYＰERＬＩＮK＼l”_Tｏｃ２3２32８55９＂摘要?PＡＧEREF_Ｔoc２323２８559\ｈIＩHYＰERLIＮK\l＂_Ｔｏc2323２856０”Absｔract ＰAGEREF_Tｏｃ23２３2８5６０\ｈＩＩIHYPEＲLINK\l＂_Ｔoc２３２３２８56１”１緒論?PAGERＥＦ＿Toc２３232856１\ｈ１HYＰERＬＩＮK＼l”_Ｔoc232３2８562＂1。１鎂及鎂合金的概述 PAGＥREF＿Toc2３2３28５62\h１HYPＥRLINK\l”_Toｃ2３232８563”1.2鎂及鎂合金的基本性質(zhì)?PAGEREＦ＿Tｏc２3２32８５６3\h2HYPERＬIＮK\ｌ"_Toｃ232３２８５６４＂1。3鎂合金的應(yīng)用及前景?PＡGＥREＦ＿Ｔｏc2323２８56４\h4HＹPERＬINK\l”_Tｏc23２３2856５"1．4鎂合金的成型技術(shù)?PAGEREF_Tｏc232328565\h5ＨYPEＲLINK\l＂_Ｔoc２３2328566”1。４．１擠壓鑄造 PＡGＥＲEF_Toc2３23２85６6\ｈ５ＨＹＰＥRLINＫ\l＂_Ｔｏc２3２32８５６7”１。4。2壓鑄 PAGEＲEＦ_Tｏc23２3285６７\h６HYＰERLＩＮＫ\ｌ"_Toｃ2３2３２８5６8"1.4．3半固態(tài)鑄造?PAGＥREF＿Toｃ2３2328５６8＼h6HYPERLINＫ1.5鎂合金的熱處理?PAGEREF_Tｏc２３2３2８５72\h８ＨＹPERLＩＮK\l＂_Toc23２3285７3＂1．５。1鎂合金的熱處理種類?PAＧEＲEF_Toc232３28５7３\h8ＨYPERＬINK\ｌ”_Toｃ23２328５74"１．５.2不同鎂合金系的合金化及熱處理?PＡGEREF_Toc２32328574＼h9HYPEＲLINK＼l＂_Toc２3232８５75"1.6論文的研究目的及研究?jī)?nèi)容?PAGEREＦ_Toｃ2３２32８575\h１２HYPERLＩNK2AZ31、AZ61變形鎂合金的電磁連鑄?ＰＡGEＲＥF_Toc２３23２8５76＼h１4ＨYPERＬIＮK＼l"_Toc2３２328５77”2．1引言 PAGEREF_Tｏｃ2３23285７７\ｈ14ＨYPEＲLＩNK\ｌ"_Tｏc232328５７８＂2.2電磁連鑄基本原理 ＰＡGＥREF_Toc23２３28578\h１４HYＰＥＲLＩNK2．４．２鎂合金的熔煉?PAGEＲＥＦ＿Toｃ２32３285８２\h1７ＨYＰERＬＩNK＼l”＿Tｏc232328５８3＂２。4.3鎂合金的防護(hù) PＡGＥＲEF_Toc２32３2８583\h17HＹＰＥRＬINK\ｌ＂_Tｏｃ２323２85８4"2．４．4鎂合金的電磁連鑄工藝參數(shù) PAGEＲＥF＿Toc2３23２８58４\ｈ１9HＹＰEＲLINK＼l"＿Tｏc２32３２8５８5”３變形鎂合金的擠壓成形?ＰＡGEREＦ＿Toｃ2323２8５85＼h20HＹＰERＬINK\l”＿Toｃ２32328５8６"3.1引言?PＡGEＲEＦ＿Toc2323285８6\h20HＹPＥRＬＩＮK＼l＂_Toc2323２85８7＂３.2擠壓工藝參數(shù)的確定?PAGEREF＿Toc23２３２858７\h２0HYPＥRLINＫ\ｌ”＿Toc２32３２８588"3。3熱處理前變形鎂合金的顯微組織?ＰAGERＥF_Tｏc2３232８588\h２1HＹPＥRLINＫ\l"_Toc232３２8589”４擠壓變形鎂合金的熱處理?ＰAＧEREＦ_Toｃ2３2３2８589\h2２HYＰEＲLINＫ＼l"＿Tｏc2323２8５９０”4.１實(shí)驗(yàn)方法?ＰAGＥRＥF_Toc２3232８５90＼h22ＨYPERLＩNK\ｌ”_Toｃ232328591"４.1。1試樣制備?PAＧEＲEF＿Ｔoc2３232８５91\ｈ2２ＨYPERLINK\l”_Toc2３２3285９2”４。１．2試驗(yàn)工藝參數(shù)?PAGＥRＥF_Toc232328５92\h22HYPERＬINＫ\ｌ"＿Ｔoc23232８5９3"4。2熱處理后變形鎂合金的顯微組織和力學(xué)性能?PAGＥＲEF_Ｔoc２３２3２８５9３\h2４HＹPEＲLIＮK\ｌ”_Ｔoc23２３285９4”參考文獻(xiàn) PＡＧERＥＦ_Ｔoc2323２8594＼h３2HＹPERLIＮK\l＂_Toc2３2328５９5"致謝?PAＧＥＲEＦ_Toc２32３２８595＼ｈ３4PAGE2–PAGE7–1緒論１.1鎂及鎂合金的概述進(jìn)入21世紀(jì),傳統(tǒng)金屬礦產(chǎn)資源的緊缺已成為全球性問題。據(jù)資源專家估計(jì),按目前世界鋼鐵與鋁材的用量和發(fā)展計(jì)算，世界已探明儲(chǔ)量的鐵礦石與鋁土礦的可開采年限分別只有約150年和5０年，而我國(guó)鐵礦和鋁土礦資源則更加貧乏。與傳統(tǒng)金屬相比，鎂資源則極其豐富,按使用量每年增長(zhǎng)２０％計(jì),全球可開采和使用的鎂資源達(dá)千年以上.我國(guó)是世界上鎂礦資源最富有的國(guó)家之一，可利用鎂礦資源儲(chǔ)量約占世界總儲(chǔ)量的７0％，其中礦石品位超過40%的菱鎂礦儲(chǔ)量占世界的6０％以上。因此,在我國(guó)大力發(fā)展鎂產(chǎn)業(yè)具有明顯的資源優(yōu)勢(shì)［１]。自180８年金屬鎂被發(fā)現(xiàn)后,人們就從未停止過對(duì)它的開發(fā)和應(yīng)用,只不過在最初的一百多年里，由于價(jià)格和技術(shù)兩大瓶頸問題，加之鋁的成功使用，使得鎂及鎂合金的研制和應(yīng)用的發(fā)展并不順利,且一度處于停頓、甚至倒退狀態(tài)。在第二次世界大戰(zhàn)前，世界鎂年產(chǎn)量只有幾萬噸,第二次世界大戰(zhàn)期間產(chǎn)量猛增到２5萬噸,第二次世界大戰(zhàn)后年產(chǎn)量又迅速下降到1萬噸水平。20世紀(jì)5０年代，朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā),鎂年產(chǎn)量又上升到1１萬噸，但戰(zhàn)后又迅速下降。在20世紀(jì)60年代前,世界上８0％～9０％的鎂是用于軍事工業(yè)和航空業(yè),從60年代后才擴(kuò)大到民用工業(yè),鎂的產(chǎn)量才穩(wěn)步上升,特別是80年代以來，出于對(duì)環(huán)境和能源問題的考慮，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼制定了各自的鎂研究計(jì)劃,并投入了巨額資金開展研究。20世紀(jì)9０年代以來,隨著價(jià)格瓶頸問題的突破,鎂的開發(fā)應(yīng)用呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。截止2０06年，世界鎂的年產(chǎn)量就已達(dá)72。6萬噸，鎂在汽車等交通工具上的應(yīng)用以每年15－20%的速度快速增長(zhǎng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它金屬材料,可以說這在近代工程技術(shù)材料的應(yīng)用中是前所未有的.但鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應(yīng)用所面臨的重大技術(shù)問題并未根本解決，這嚴(yán)重影響了鎂在更大范圍內(nèi)更快更多的應(yīng)用.中國(guó)不僅僅是世界原鎂生產(chǎn)大國(guó)和出口大國(guó)，到2０00年時(shí)鎂的年產(chǎn)量就達(dá)到20萬噸,而且具有世界上人數(shù)最多的研究開發(fā)隊(duì)伍和巨大的市場(chǎng).但在該領(lǐng)域的發(fā)展極不平衡，如出口的主要是鎂原料，深加工產(chǎn)品極少,鎂的應(yīng)用面窄、應(yīng)用量也不大;且主要是鑄件，變形鎂合金產(chǎn)品基本上還是空白。提升我國(guó)鎂基礎(chǔ)研究的水平，突破一批鎂加工關(guān)鍵技術(shù)，增加鎂對(duì)綠色GＤP和環(huán)境效益的貢獻(xiàn)率，加速我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)從資源優(yōu)勢(shì)向經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變，不僅是我國(guó)鎂行業(yè)面臨的艱巨任務(wù),同時(shí)也是我國(guó)為世界鎂技術(shù)和鎂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任［2]。1.2鎂及鎂合金的基本性質(zhì)鎂的常見性質(zhì)見表1。1性質(zhì)原子序數(shù)１2再結(jié)晶溫度／K423原子價(jià)２汽化潛熱/kJ·kg—15１50~54０0相對(duì)原子量2４。3０50熔點(diǎn)/Ｋ92３±１固—液/%4.２沸點(diǎn)/Ｋ13８０±35密度標(biāo)準(zhǔn)電極電位室溫／g·cｍ-31.７38氫電極／V—1.55熔點(diǎn)/g·cｍ-３1.５84甘汞電極/V-1.８３電阻率ρ／nΩ·ｍ47６.2７~6。32熔化潛熱/ｋJ·kg－1360～3７7泊松比０。33表1。1鎂的物理性質(zhì)表1。1鎂的物理性質(zhì)鎂是元素周期表中第二主族的化學(xué)元素，在所有的結(jié)構(gòu)金屬中，鎂的密度最低，純鎂的密度僅為1。738ｇ·cm—3，為鋁的三分之二，鋼的四分之一,是理想的輕型金屬材料。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純鎂為密排六方結(jié)構(gòu),鎂單胞內(nèi)主要晶面和晶軸方向的原子排布如圖1．1所示.圖1.1鎂的晶體結(jié)構(gòu)圖1.1鎂的晶體結(jié)構(gòu)鎂晶格常數(shù)的理論值為a=0。320９ｎm,ｃ=0.5211nｍ，已有的實(shí)際測(cè)量值與之接近，誤差一般在±0。01％內(nèi)。對(duì)于按ＡBAB順序堆積的原子層，若采用理想鋼球,則c／a＝1。6３3。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明室溫下鎂晶格的c／ａ=１。６236,這表明鎂晶格幾乎是理想的緊密堆積.低于４9８K時(shí),鎂的主要滑移系為｛}〈〉，次滑移系為{}<>，因而鎂的塑性比鋁的低，各向異性也比鋁顯著.高于４98K時(shí)滑移系還可以再｛｝〈＞上進(jìn)行，從而塑性顯著提高,因此鎂合金可以在573~８7３K溫度范圍內(nèi)通過擠壓、扎制和鍛造成型.孿晶主要出現(xiàn)在{}晶面簇上，二次孿晶出現(xiàn)在｛｝晶面上。高溫下,｛｝晶面上也出現(xiàn)孿晶。在純鎂中還沒有發(fā)現(xiàn)確定的解理面。純鎂鍛裂是大量晶內(nèi)裂紋匯合的結(jié)果。接近或低于室溫時(shí)，由于｛｝孿晶面和高度有序晶面如{｝{｝與{｝等上的晶內(nèi)裂紋匯合，純鎂會(huì)發(fā)生斷裂。純鎂和傳統(tǒng)鑄造鎂合金的脆性源自于晶間實(shí)效和在孿晶區(qū)或大晶粒的(000１)基面上的局部穿晶斷裂。晶界裂紋和氣蝕是影響鎂合金高溫?cái)嗔训闹匾蛩?。純鎂雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是力學(xué)性能較低,其應(yīng)用范圍受到很大限制。通過在純鎂中添加合金化元素,可以顯著改善鎂的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。鋁是鎂合金中最重要的合金元素,通過形成Mｇ１7Ａｌ12相顯著提高鎂合金的抗拉強(qiáng)度；鋅和錳具有類似的作用，銀能提高鎂合金的高溫強(qiáng)度;硅能降低鎂合金的鑄造性能并導(dǎo)致脆性;鋯與氧的親和力較強(qiáng),能形成氧化鋯質(zhì)點(diǎn)細(xì)化晶粒;稀土元素Ｙ、Ｎd和Cｅ等通過沉淀強(qiáng)化而大幅度提高鎂合金強(qiáng)度；銅、鎳和鐵等因影響腐蝕性而很少采用。鎂和鎂合金既可以鑄造成型,直接制備出結(jié)構(gòu)件，也可以通過各種塑性加工和熱處理，制備出各種規(guī)格的管、棒、線、帶材和異型材。對(duì)于同種材質(zhì),采用不同的方法制備時(shí)，材料的性能也有很大的區(qū)別。為了提高鎂材的耐腐蝕性能，還可以對(duì)其進(jìn)行表面處理.鎂及其合金是迄今在工程中應(yīng)用的最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，和其他金屬相比,鎂及其合金有很多突出的工藝性能特點(diǎn).例如,其密度小，是所有結(jié)構(gòu)金屬中密度最小的一種,在鎂中加入不同的金屬元素能夠形成一系列具有各種性能的合金；熔點(diǎn)低,容易熱成形，且能耗較低；用作結(jié)構(gòu)件時(shí)具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、減震和抗沖擊性能好、易削加工、不易老化；有良好的導(dǎo)熱性、無磁、電磁屏蔽能力強(qiáng)、在受到?jīng)_擊和摩擦?xí)r不會(huì)產(chǎn)生火花、陽極氧化能力強(qiáng)等［3］。根據(jù)實(shí)際需要，人們已經(jīng)開發(fā)出為數(shù)眾多的鎂合金體系,常用鎂合金共有四大系列(1)Mg-Aｌ—Si（AS）系列:AS系列具有較好的抗蠕變性,強(qiáng)度高,塑性、韌性好，但充型性能較差，常用于制造工作溫度較高的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等。（2)Mg—Ａl-Zn(AZ）系列:AZ系列具有均衡的力學(xué)性能和鑄造性能，屈服強(qiáng)度高并具有一定的耐鹽霧腐蝕能力，適合制造形狀復(fù)雜的薄壁壓鑄件,如閥套、離合器殼體等。（３)Mｇ-Ａl-Ｍn(AM)系列：ＡM系列具有優(yōu)異的韌性和塑性，適合制造受沖擊的零部件，如汽車輪轂等。(４）Mg-Ａl—RE(ＡE）系列:AE系列具有比AS系列更好的抗蠕變性,但易粘模,壓鑄性能較差，并且稀土成本高,該合金暫時(shí)應(yīng)用范圍較小[４]。鎂合金與其它相關(guān)材料的物理和力學(xué)性能如表1。２所示[5]。表1。2鎂合金與相關(guān)材料的物理和力學(xué)性能比較材料名稱密度/（g·ｃｍ—3)熔點(diǎn)/℃導(dǎo)熱系數(shù)/Ｗ·（mK)－１抗拉強(qiáng)度／ＭPa屈服強(qiáng)度/ＭＰa延伸率/％彈性模/GＰa比強(qiáng)度鎂合金AZ91１。8259６72２８01608４5１８7鎂合金ＡＭ６０1。79615622７０1401５45180鋁合金3８０２。7０595１0031５1６0３7110６碳鋼７。86152０42１405１７2２20080塑料ABＳ1。０39０（Tg）0.２35—402。141塑料PC1．2316０（Ｔｇ）0．２１0４-３6。7102從表1可以看出，鎂合金的主要力學(xué)性能接近于鋁合金，但其密度卻小于鋁合金,比強(qiáng)度是鋁合金的1.8倍，可以說在應(yīng)用金屬范圍內(nèi)鎂合金具有最高的比強(qiáng)度。與工程塑料相比，鎂合金的密度雖比工程塑料高，但其熔點(diǎn)卻是工程塑料的4～6倍，其比強(qiáng)度是工程塑料的1.８倍左右；此外鎂合金的熱傳導(dǎo)系數(shù)是工程塑料的30０倍以上,在一些電子產(chǎn)品的應(yīng)用上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。１。3鎂合金的應(yīng)用及前景20世紀(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，金屬材料的消耗量急劇上升，某些有色金屬資源如銅、鉛、鋅等日趨貧乏.特別是20世紀(jì)中葉的能源危機(jī)使輕質(zhì)結(jié)構(gòu)得到了持續(xù)性的發(fā)展，鋁及塑料每10年以大約0．4數(shù)量級(jí)的速度增長(zhǎng),鎂作為一種輕質(zhì)材料，由于沒有充分發(fā)揮其性能潛力，其增長(zhǎng)速度與鋁存在著顯著的差異.在很多傳統(tǒng)金屬礦產(chǎn)枯竭的今天,人們開始把目光轉(zhuǎn)向鎂，這必將加速鎂合金材料的開發(fā)與應(yīng)用.鎂合金是迄今在工程應(yīng)用中最輕的金屬工程結(jié)構(gòu)材料，具有密度小,比剛度、比強(qiáng)度高,阻尼減振降噪能力強(qiáng)，液態(tài)成型性能優(yōu)越，尺寸穩(wěn)定性好，機(jī)械加工性能好等優(yōu)點(diǎn),可代替塑料、鋁合金及鋼制零件。鎂合金的應(yīng)用范圍越來越廣,需求也越來越大,適合于汽車、摩托車等交通工具和計(jì)算機(jī)、通訊、儀器儀表、家電、輕工、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用,80％以上的鎂合金還可再回收利用，對(duì)環(huán)境污染小，被譽(yù)為“２1世紀(jì)綠色結(jié)構(gòu)材料”［１］.鎂的重量比鋁輕,比重為1.８，強(qiáng)度也較低,只有20０~300MPａ（20～30kg/mｍ2），主要用于制造低承力的零件。德國(guó)首先生產(chǎn)并在飛機(jī)上使用含鋁的鎂合金。鎂合金具有較高的抗振能力，在受沖擊載荷時(shí)能吸收較大的能量，還有良好的吸熱性能，因而是制造飛機(jī)輪轂的理想材料。鎂合金在汽油、煤油和潤(rùn)滑油中很穩(wěn)定，適于制造發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪機(jī)匣、油泵和油管,又因在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力較小而被用來制造搖臂、襟翼、艙門和舵面等活動(dòng)零件。民用機(jī)和軍用飛機(jī)、尤其是轟炸機(jī)廣泛使用鎂合金制品.例如,B—5２轟炸機(jī)的機(jī)身部分就使用了鎂合金板材６３５kg，擠壓件9０ｋg,鑄件超過20０kｇ。鎂合金也用于導(dǎo)彈和衛(wèi)星上的一些部件，如中國(guó)“紅旗”地空導(dǎo)彈的儀表艙、尾艙和發(fā)動(dòng)機(jī)支架等都使用了鎂合金。中國(guó)稀土資源豐富,已于70年代研制出加釔鎂合金，提高了室溫強(qiáng)度,能在3０0°Ｃ下長(zhǎng)期使用,已在航空航天工業(yè)中推廣應(yīng)用.節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的發(fā)展要求推動(dòng)了鎂合金應(yīng)用的迅速增長(zhǎng)，但目前鎂合金的應(yīng)用潛力遠(yuǎn)還沒有得到充分的發(fā)揮［6]。在材料制造、加工成型和產(chǎn)品使用過程中都存在被氧化的問題，因而它的應(yīng)用受到很大的限制，其優(yōu)越性得不到發(fā)揮。20世紀(jì)９0年代以后，隨著冶煉技術(shù)的提高和先進(jìn)成型技術(shù)的出現(xiàn)以及制造成本的降低[5］，鎂合金材料才得到了實(shí)際應(yīng)用,不僅在航天航空，而且在汽車工業(yè)、電子信息、民用家電等領(lǐng)域均已得到廣泛的應(yīng)用,并且具有廣闊的應(yīng)用前景和開發(fā)潛力［7]。１。４鎂合金的成型技術(shù)1。4.１擠壓鑄造擠壓鑄造的概念最早出現(xiàn)在18１9年的一項(xiàng)英國(guó)專利中，第一臺(tái)擠壓鑄造設(shè)備于131年誕生在德國(guó),隨后擠壓鑄造在前蘇聯(lián)得到較廣泛的應(yīng)用，但直到20世紀(jì)６０年代才開始在北美、歐洲和日本獲得應(yīng)用。它是采用低的沖型速度和最小的擾動(dòng),使金屬在高壓下凝固，以獲得可熱處理的高致密度鑄件的鑄造工藝.１．4.2壓鑄19１６年美國(guó)DOW化學(xué)公司首次研發(fā)出壓力鑄造技術(shù)（簡(jiǎn)稱壓鑄)，具有高效率、自動(dòng)化且適合大批量生產(chǎn)金屬材料零部件等特點(diǎn),是一種近無切削的特種鑄造方法。該方法適合于生產(chǎn)鋁、鎂和鋅等有色合金的零部件，基本原理是液態(tài)或半液態(tài)在高壓作用下，以較高速度充填到模具中,并在壓力作用下凝固而獲得所需鑄件。模具模具液壓板金屬熔體金屬液入口壓鑄鵝頸管柱塞液壓板模具壓室活塞圖１.２鎂合金壓鑄機(jī)示意圖壓力鑄造要求合金熔點(diǎn)具有良好的流動(dòng)性、填充性。鎂及其合金的熔點(diǎn)低，大多數(shù)合金的流動(dòng)性比較好；鎂的比熱容低,其鑄造容易獲得高的冷速;密度低，因而鎂合金比較適合壓鑄成型［1]。進(jìn)入２1世紀(jì),鎂合金壓鑄結(jié)構(gòu)件將成為最主要的鎂應(yīng)用領(lǐng)域。鎂合金壓鑄的快速增長(zhǎng)主要是由歐美地區(qū)發(fā)達(dá)國(guó)家汽車工業(yè)面臨汽車重量輕、耗油少、符合新的環(huán)保要求而促成的。此外,鎂合金壓鑄件在汽車上的應(yīng)用還可以改善汽車的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力性能，也是目前汽車工業(yè)重視鎂合金應(yīng)用的原因之一[8]。1。４。３半固態(tài)鑄造半固態(tài)是指合金內(nèi)既存在球形固相又存在流體液相的兩相狀態(tài)。本世紀(jì)7０年代,Fｌemｉnｇs等開始半固態(tài)成形技術(shù)研究[６].半固態(tài)成形是將金屬或合金在固相線與液相線溫度區(qū)間進(jìn)行加工成終形產(chǎn)品的一種方法。由于該成形方法的特點(diǎn)，歐、美、日等對(duì)鎂合金半固態(tài)成形的研究與開發(fā)表現(xiàn)了極大的興趣，也出現(xiàn)了許多半固態(tài)工藝［9］,有流變成型、觸變成型、流變注射成型和觸變注射成型。觸變成型是將具有觸變組織的合金錠坯重新加熱到半固態(tài)溫度區(qū)間，形成所需的漿料，進(jìn)行壓鑄、擠壓或鍛造成型的工藝,其實(shí)質(zhì)是一種近凈成形工藝.由于半固態(tài)金屬坯料加熱、輸送方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,因此觸變成形是目前應(yīng)用最為廣泛的半固態(tài)金屬成形方法,如圖1．3所示.模具模具原料（顆粒）加熱器攪拌螺桿/柱塞圖1.3鎂合金觸變射鑄原理示意圖1．4．４軋制成型軋制成型主要是通過軋制來細(xì)化晶粒，改善組織，從而提高合金的綜合性能.目前國(guó)外比較常用的是Mg-Ａl-Ｚn系變形鎂合金板材。ＡＺ系列鎂合金在電爐內(nèi)熔化后，喂入轉(zhuǎn)動(dòng)雙輥之間的特殊入口,隨后軋制成鎂合金板材。與傳統(tǒng)的軋制工藝相比，雙輥連鑄連軋技術(shù)生產(chǎn)的鎂合金板材組織均勻、細(xì)小,夾雜物少，力學(xué)性能得到很大的提升。1．4．５沖鍛成型常用的鍛造鎂合金有Ｍg—Aｌ—Zn系和Ｍg-Zn-Zr系，某些對(duì)高溫強(qiáng)度有特別要求的工件采用含Y和稀土元素的ＷE系列鎂合金，利用鎂合金鑄錠直接進(jìn)行鍛造，可以改變傳統(tǒng)的采用一次擠壓坯料來生產(chǎn)鍛件的工藝流程，從而簡(jiǎn)化制備鎂合金鍛件的生產(chǎn)工藝，降低消耗。利用鍛壓機(jī)械對(duì)鎂合金坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形以獲得一定HＹPEＲLIＮK”ｈｔtp：/／ｂaｉｋｅ。ｂａidu．com／vｉeｗ/1723358．ｈtm＂\t”_blank＂機(jī)械性能、一定形狀和尺寸鍛件。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產(chǎn)生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。相關(guān)機(jī)械中負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，除形狀較簡(jiǎn)單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用HＹＰＥＲLINK"ｈｔｔｐ：/／baikｅ．ｂａｉdｕ。com／vｉｅw/130８4７６。htｍ＂\t”_bｌaｎk”鍛件。1.4．6熱擠壓成型由于鎂的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，較強(qiáng)的形變各向異性,使得變形鎂合金在室溫下的塑性變形和延展性能力很差，在常溫下只有基面｛00０１}三個(gè)滑移系可以發(fā)生變形，因此鎂合金的變形構(gòu)件主要由熱擠壓成形獲得。鎂合金在熱擠壓過程中通常會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象，使得鎂合金的晶粒得以細(xì)化［１0]。１．5鎂合金的熱處理1．５.1鎂合金的熱處理種類［1１]熱處理是改善或調(diào)整鎂合金力學(xué)性能和加工性能的重要手段。鎂合金的常規(guī)熱處理工藝分為退火和固溶時(shí)效兩大類.其中一些熱處理工藝可以降低鎂合金鑄件的鑄造內(nèi)應(yīng)力或淬火應(yīng)力,從而提高工件的尺寸穩(wěn)定性。鎂合金能否進(jìn)行熱處理強(qiáng)化完全取決于合金元素的固溶度是否隨溫度變化,當(dāng)合金元素的固溶度隨溫度變化時(shí)，鎂合金可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。(1）退火:完全退火（Ｏ）可以消除鎂合金在塑性變形過程中產(chǎn)生的加工硬化效應(yīng),恢復(fù)和提高其塑性,以便進(jìn)行后續(xù)變形加工。由于鎂合金的大部分成形操作在高溫下進(jìn)行，因此一般很少對(duì)變形鎂合金進(jìn)行完全退火處理。(2)去應(yīng)力退火：去應(yīng)力退火(T2）既可以減小或消除變形鎂合金制品在冷熱加工、成形、校正和焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,也可以消除鑄件或鑄錠中的殘余應(yīng)力。凝固過程中模具的約束、熱處理后冷卻不均勻或者淬火引起的收縮等都會(huì)導(dǎo)致鎂合金鑄件中出現(xiàn)殘余應(yīng)力.此外,機(jī)加工過程中也會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力,所以在最終機(jī)加工前最好進(jìn)行中間去應(yīng)力退火處理.某些熱處理強(qiáng)化效果不明顯的鎂合金通常選擇退火作為最終熱處理工藝。（3）固溶處理：鎂合金經(jīng)過固溶處理（T4）后不進(jìn)行人工時(shí)效可以同時(shí)提高抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，并獲得最大的韌性和抗沖擊性。由于鎂合金中合金元素的擴(kuò)散較慢，因而需要較長(zhǎng)的加熱保溫時(shí)間以保證強(qiáng)化相充分固溶。鎂合金砂型厚壁鑄件的固溶時(shí)間最長(zhǎng),其次是薄壁鑄件或金屬型鑄件，變形鎂合金的最短。由于合金元素的擴(kuò)散和合金相的分解過程緩慢，所以鎂合金的淬火敏感性低,淬火時(shí)不需要快速冷卻，可以在靜止的空氣中或者人工強(qiáng)制流動(dòng)的氣流中冷卻.而且絕大多數(shù)鎂合金對(duì)自然時(shí)效不敏感，淬火后能在室溫下長(zhǎng)期保持固溶狀態(tài)。(4)人工時(shí)效:部分鎂合金經(jīng)過鑄造或加工成形后不進(jìn)行固溶處理或退火而是直接進(jìn)行人工時(shí)效(T5）。這種工藝很簡(jiǎn)單,也可以獲得相當(dāng)高的時(shí)效強(qiáng)化效果。特別是Mg-Zｎ系合金，若重新加熱固溶處理將導(dǎo)致晶粒粗化,因此通常在熱變形后直接進(jìn)行人工時(shí)效以獲得時(shí)效強(qiáng)化效果.（5)固溶處理+人工時(shí)效:固溶處理后人工時(shí)效（Ｔ6）可以提高鎂合金的硬度和屈服強(qiáng)度,但會(huì)降低部分塑性和韌性,這種工藝主要應(yīng)用于Ｍg—Al－Ｚn和Mｇ－RE-Zｒ合金。此外，含鋅量高的Mg-Zn－Zr合金也可以選用Ｔ６處理以充分發(fā)揮時(shí)效強(qiáng)化效果。進(jìn)行T6處理時(shí)，固溶處理獲得的過飽和固溶體在人工時(shí)效過程中發(fā)生分解并析出第二相。時(shí)效析出過程和析出相的特點(diǎn)受合金系、時(shí)效溫度以及添加元素的綜合影響，情況十分復(fù)雜。目前，對(duì)鎂合金時(shí)效析出過程的了解還不十分清楚.(６）熱水中淬火＋人工時(shí)效:鎂合金淬火時(shí)通常采用空冷，也可以采用熱水淬火（Ｔ6１）來提高強(qiáng)化效果。特別是冷卻速度敏感性較高的Mg—RＥ－Zｒ系合金常常采用熱水淬火。(7)氫化處理：氫化處理可以顯著提高M(jìn)ｇ—Zｎ—RE－Zr合金的力學(xué)性能。在Ｍｇ—Ｚn－RE—Zr合金中，粗大塊狀的Ｍg－Zｎ-RE化合物沿晶界呈網(wǎng)狀分布,這種合金相十分穩(wěn)定，很難溶解或破碎。Mｇ—Zｎ—RE—Zr合金在氫氣中進(jìn)行固溶處理（753K左右)時(shí),H２沿晶界向內(nèi)部擴(kuò)散,并與偏聚于晶界的MgZｎＲE化合物中的RE發(fā)生反應(yīng),生成不連續(xù)的顆粒狀稀土氫化物。由于Ｈ2與Zn不發(fā)生反應(yīng)，從而當(dāng)RＥ從MｇZnRE相中分離出來后，被還原的Ｚn原子溶于α固溶體中，導(dǎo)致固溶體中鋅過飽和度增加。Mg－Ｚn—RE—Zr合金經(jīng)時(shí)效后晶粒內(nèi)部生成了細(xì)針狀沉淀相并且不存在顯微疏松,從而合金強(qiáng)度顯著提高，伸長(zhǎng)率和疲勞強(qiáng)度也明顯改善，綜合性能優(yōu)異。1.５．2不同鎂合金系的合金化及熱處理（1）Mｇ-Ａｌ系Mg－Ａl系合金在共晶溫度（437℃)以下,其平衡組織為α—Mg基體+β—Mg１7Aｌ１２相。鋁在鎂中的固溶度隨著溫度降低而顯著改變,從共晶溫度的11.5％下降到室溫的２%左右，因此可以利用固溶后淬火得到過飽和固溶體,然后再進(jìn)行時(shí)效,使過飽和固溶體分解,析出β—Mg1７Aｌ12相,穩(wěn)定性較高的β相可以在晶內(nèi)連續(xù)析出,也可以在晶界上不連續(xù)析出，形成球狀或網(wǎng)絡(luò)狀組織[1１]。Mｇ—Ａｌ系合金是最早也是應(yīng)用最廣泛的鎂合金，從上世紀(jì)30年代以來,很多學(xué)者對(duì)該系合金的脫溶以及脫溶相的結(jié)構(gòu)、形貌和分布進(jìn)行了一系列研究，對(duì)該系合金的脫溶規(guī)律有了較詳細(xì)的了解。D。Dulｙ等[12］研究了二元Ｍg－Al合金的脫溶過程，并指出合金中存在連續(xù)脫溶和不連續(xù)脫溶兩種時(shí)效析出機(jī)制.他們?cè)冢蚲-1０％Al合金中觀察到,在較低溫度下可同時(shí)觀察到連續(xù)脫溶和不連續(xù)脫溶兩種方式，隨著溫度的不斷升高，脫溶方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)脫溶，而在較高溫度下，脫溶方式又變?yōu)檫B續(xù)脫溶。連續(xù)脫溶相多呈細(xì)小片狀彌散分布于基體中，使合金具有良好的力學(xué)性能；不連續(xù)脫溶相多呈粗大的層片狀，彌散度較低。Ｍg—Ａl合金的時(shí)效強(qiáng)化效果與時(shí)效組織中連續(xù)脫溶相和不連續(xù)脫溶相的比例有關(guān)，而該比例又與合金中的含鋁量有關(guān),如圖1．４所示。從圖中可見，當(dāng)鋁含量一定時(shí)，脫溶相形貌與溫度有如下關(guān)系:①T＜Ｔc1時(shí)，整個(gè)試樣為連續(xù)脫溶所占有；②Ｔc1<T＜Ｔd1時(shí)，同時(shí)觀察到連續(xù)脫溶和不連續(xù)脫溶，試樣中不連續(xù)脫溶的體積分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增加；③Tｄ1＜T<Ｔd2時(shí)，整個(gè)試樣為不連續(xù)脫溶所占有;④Ｔｄ2〈Ｔ＜Tｃ２時(shí)，兩種脫溶形貌可能重新出現(xiàn),試樣中被不連續(xù)脫溶占有的體積分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低；⑤Tc２〈T〈Ｔs時(shí)，整個(gè)試樣被連續(xù)脫溶所占有。其中，Ｔs為固相線溫度。Ｍg—Ａl二元合金中的Ｍg１7Al１2相的脫溶有一定的時(shí)效硬化效果(如圖1。５所示）,而且隨著連續(xù)脫溶相的增加硬化效果越明顯.Ｃ-連續(xù)脫溶Ｃ-連續(xù)脫溶D－不連續(xù)脫溶C硬度C硬度時(shí)效時(shí)間Ｃ＋DＣ＋DDDC＋ＤC＋ＤＣＣ圖1.５時(shí)效硬化曲線圖1.4鎂合金成分-形貌圖圖1.５時(shí)效硬化曲線圖1.4鎂合金成分-形貌圖潘復(fù)生等[１3]研究了連續(xù)脫溶相和不連續(xù)脫溶相的析出機(jī)理和形貌。在ＡＺ80合金中,他們觀察到連續(xù)脫溶相容易在晶界及孿晶界處形核和生長(zhǎng)，不連續(xù)脫溶相在晶界處形核，然后向其中一個(gè)晶粒內(nèi)生長(zhǎng)。連續(xù)脫溶相連續(xù)脫溶相分為晶界處顆粒狀β相和晶內(nèi)菱形片狀β相，晶界處顆粒狀β相形核和生長(zhǎng)速度很快，但它與基體沒有位向關(guān)系，因此很難向晶粒內(nèi)生長(zhǎng).因?yàn)樵陔S著它的生長(zhǎng)，非共格界面將大量產(chǎn)生,導(dǎo)致體系能量的升高，因此只能在晶界和孿晶等高能量區(qū)域生長(zhǎng)。隨著晶界處顆粒狀β相的生長(zhǎng),鎂基體中的鋁被消耗，其周圍形成貧鋁區(qū)，而遠(yuǎn)處鋁原子的擴(kuò)散需要大量時(shí)間，因此其尺寸較小，大約為1~２μm。晶內(nèi)菱形片狀β相形核區(qū)域比較分散，通常是在晶內(nèi)均勻形核。β相形核后,由于體積很小，在各個(gè)方向上的生長(zhǎng)速度基本相同,此時(shí)β相為球形.隨著β相的生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)方向逐漸變?yōu)榛w的（000１）面，因?yàn)棣孪嗟模?１0）面與基體的(０0０1）面相互平行，且具有最小的錯(cuò)配度.β相在基體的（0００１）面上的[2，-1,-1０]方向上最易生長(zhǎng),而［2,-１，－10］方向有三個(gè)等價(jià)方向,因此當(dāng)β相長(zhǎng)大到一定尺寸后，就會(huì)呈片狀，而且β相之間夾角為1２0°。不連續(xù)脫溶相不連續(xù)脫溶β相的形核是在晶界,然后向其中一個(gè)晶粒內(nèi)生長(zhǎng)。與連續(xù)脫溶β相不同，不連續(xù)脫溶β相與基體有位向關(guān)系,與基體的界面為共格或半共格界面,它能較容易的在晶界形核。晶界處由于原子錯(cuò)配度高，不可避免地存在一些位錯(cuò)與層錯(cuò)。這些缺陷的存在一方面降低了原子的錯(cuò)配度，從而體系的自由能得以降低；另一方面,溶質(zhì)原子在缺陷處富集，降低了溶質(zhì)原子在基體中的擴(kuò)散激活能，從而增加了形核的驅(qū)動(dòng)力。不連續(xù)脫溶β相形核后開始長(zhǎng)大，在長(zhǎng)大過程中，不斷推動(dòng)晶界向另外的晶粒內(nèi)移動(dòng)，以胞區(qū)沉淀的形式析出。β相形核以后開始生長(zhǎng)，或者向形核的晶粒內(nèi)生長(zhǎng)，或者向與該晶粒相鄰的晶粒內(nèi)生長(zhǎng)，或者同時(shí)向兩個(gè)晶粒內(nèi)生長(zhǎng)。β相生長(zhǎng)過程中,不斷消耗周圍的鋁原子,而鋁原子通過與β相共格的界面向其擴(kuò)散很困難，因此β相沿著非共格界面方向生長(zhǎng)。β相的生長(zhǎng)前沿在生長(zhǎng)過程中不斷向前移動(dòng)，直至遇到另一個(gè)生長(zhǎng)前沿或原始晶界,此時(shí)β相生長(zhǎng)停止.β相在第二個(gè)晶粒生長(zhǎng)到另一晶界時(shí),如果第三個(gè)晶粒內(nèi)β相還沒有形核析出，那么β相就有可能向這個(gè)晶粒內(nèi)生長(zhǎng)并將晶界隨之向前移動(dòng)。圖１．６Mｇ-Aｌ—Ｚn三元相圖的固相面（2）Mg-Zn系Ｍｇ-Ｚn系合金的時(shí)效析出過程比較復(fù)雜,分為四個(gè)階段:α→β1＇→β2’→β，其中最高的合金強(qiáng)度出現(xiàn)在β1＇相.Mg-Zn系合金可以通過低溫預(yù)時(shí)效形成G.P.區(qū),在較高溫度時(shí)效時(shí)得到β1’相。研究表明[14]，β’(β1＇+β2’)相易在位錯(cuò)及空位團(tuán)上形核，因此，固溶處理后時(shí)效前的冷變形可加速β＇相的形核過程;此外，采用高的固溶溫度也有利于β＇相的形核.β’相對(duì)Mｇ-Zn合金的強(qiáng)化機(jī)制主要為Ｏroｗａｎ機(jī)制。通常情況下,β＇相桿間間距太大,時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)不太明顯。因此，凡是可以提高β＇相析出密度的措施,均有利于提高合金的強(qiáng)度性能。Mｇ－Ｚn二元合金晶粒粗大，力學(xué)性能低,很少直接用于生產(chǎn)。Zr可以顯著的細(xì)化Ｍg—Ｚｎ二元合金晶粒，提高合金強(qiáng)度。ＺＫ６0是目前應(yīng)用最多的變形鎂合金之一,其熱處理方法一般為兩種:熱變形+人工時(shí)效和固溶＋人工時(shí)效,處理后強(qiáng)度均可得到較大的提升.（3）Mｇ-Mn系Mg-Ｍn系合金的時(shí)效析出過程中沒有亞穩(wěn)相形成，時(shí)效強(qiáng)化效果不明顯，一般在退火狀態(tài)下使用。通常在Mg—Mn系合金中添加一些Al以形成MｎA(yù)ｌ、ＭnAl6和MnＡl４等化合物，從而起到一定的時(shí)效硬化效果。（4）Mｇ—Rｅ系稀土元素是可以使得鎂合金產(chǎn)生時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)的元素,并能提高鎂合金的抗蠕變性能以及力學(xué)性能的穩(wěn)定性.這些元素包括由鑭（Ｌa）到镥（Ｌu）的１5種鑭系元素，還包括鈧(Sｃ）和釔（Y)，共1７種元素.這些元素的性質(zhì)相似，在鎂中的固溶度較大，且固溶度隨著溫度的降低而降低.稀土鎂合金固溶＋時(shí)效處理后可以獲得顯著的時(shí)效強(qiáng)化效果.其時(shí)效析出的一般規(guī)律是在時(shí)效初期形成六方DO１９型結(jié)構(gòu);時(shí)效中期析出β'相，并可以獲得較高強(qiáng)度;時(shí)效后期析出相為平衡析出相。由于稀土元素在鎂中的擴(kuò)散速率較低,析出相的熱穩(wěn)定性很高，所以Mｇ—Re合金具有優(yōu)異的耐熱性和高溫強(qiáng)度。1。６論文的研究目的及研究?jī)?nèi)容鎂及鎂合金是密排六方結(jié)構(gòu)(ｈcｐ）,在室溫下滑移系少，塑性成形能力差，所以鑄造鎂合金得到優(yōu)先使用。然而與鑄造工藝相比，鎂合金熱變形如擠壓、軋制、鍛造后合金的組織得到細(xì)化，鑄造缺陷消除，產(chǎn)品的綜合機(jī)械性能大大提高，比鑄造鎂合金材料具有更高的強(qiáng)度、更高的延性、更多樣化的力學(xué)性能。與其它相比塑性加工方式（鍛造、軋制）相比通過擠壓方法制備鎂合金產(chǎn)品具有許多優(yōu)勢(shì)：1、擠壓具有強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，金屬可以發(fā)揮其最大的塑性。這對(duì)于室溫塑性變形能力較差的鎂合金來說尤為重要。通過擠壓工藝，可以有效細(xì)化鎂合金的晶粒組織,提高鎂合金的強(qiáng)度和塑性;2、擠壓工藝具有極大的靈活性，操作方便,僅需通過更換模具就可以生產(chǎn)各種板、管、棒、型材;3、擠壓產(chǎn)品尺寸精度高，表面質(zhì)量好［１1］.變形鎂合金比鑄造鎂合金具有更優(yōu)良的性能,更多樣的形式，更高的生產(chǎn)率,更低的成本，更便于連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。變形鎂合金作為新型的結(jié)構(gòu)材料已應(yīng)用于汽車、航空、航天、自行車、電子產(chǎn)品以及其它民用產(chǎn)品領(lǐng)域.但是,其應(yīng)用合金品種和數(shù)量甚少,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了這些領(lǐng)域的需求，對(duì)變形鎂合金的加工工藝研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，研究變形鎂合金，改善其組織性能具有十分重要的實(shí)際意義和理論意義。首先展開對(duì)變形鎂合金的基礎(chǔ)研究，包括變形鎂合金的加工特性、鎂合金的晶粒細(xì)化、鎂合金的形變熱處理。其次加工工藝研究，包括設(shè)計(jì)合理的加工工藝流程，加工生產(chǎn)配套工具。制定出各種成分、各種規(guī)格鎂合金鑄錠、半成品加熱制度、熱軋、擠壓和鍛造工藝參數(shù)制定出各種成分、各種規(guī)格鎂合金半成品精軋和冷成形工藝參數(shù)及熱處理參數(shù)。無疑，通過這些研究,變形鎂合金的性能會(huì)得到很大提高,滿足汽車、航空、航天自行車、電子產(chǎn)品以及其它民用產(chǎn)品領(lǐng)域的需要。本論文的研究目的是通過對(duì)熱擠壓后的變形鎂合金進(jìn)行熱處理，改變鎂合金的微觀組織與結(jié)構(gòu),各相的成分比，以期獲得最佳力學(xué)性能的鎂合金。通過電磁連鑄的方法獲得鎂合金鑄錠，對(duì)鎂合金鑄錠進(jìn)行擠壓變形，對(duì)擠壓變形后的鎂合金進(jìn)行熱處理,研究各種不同的熱處理方法對(duì)鎂合金組織、性能的影響,以期獲得最佳力學(xué)性能的鎂合金。研究的重點(diǎn)如下：掌握變形鎂合金擠壓變形的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括擠壓溫度、擠壓比、擠壓壓力等；設(shè)計(jì)擠壓后變形鎂合金的熱處理參數(shù),包括熱處理溫度、處理時(shí)間、冷卻方式等；電磁連鑄法制備變形鎂合金鑄錠；鎂合金的擠壓成型技術(shù)研究及樣品制備;分析熱處理對(duì)形變后變形鎂合金組織和力學(xué)性能的影響,比較分析不同熱處理方式的變化規(guī)律，優(yōu)化出最佳參數(shù)。?２AＺ３1、AZ6１變形鎂合金的電磁連鑄2.1引言電磁鑄造（EＭC，ＥlｅctｒomａｇneticＣａsting）是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的無模連續(xù)鑄造技術(shù)。該技術(shù)由于其高純?nèi)刍c無污染的鑄造特點(diǎn)，為實(shí)際生產(chǎn)中獲得表面光潔、力學(xué)性能優(yōu)異的部件提供了可行的技術(shù)途徑。EMC技術(shù)自2０世紀(jì)60年代問世以來,倍受關(guān)注并獲得迅速發(fā)展［１５].但電磁鑄造技術(shù)的控制過程繁雜,工藝參數(shù)的微小變化都會(huì)對(duì)鑄錠的尺寸和表面質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響,限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，Ｖｉves等提出了鋼的電磁軟接觸連鑄技術(shù)［１6]。其實(shí)質(zhì)是在常規(guī)結(jié)晶器的周圍布置上感應(yīng)線圈,在感應(yīng)線圈內(nèi)輸入交流電,交變電場(chǎng)會(huì)在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，從而在結(jié)晶器的分瓣體和結(jié)晶器內(nèi)的鋼液中感應(yīng)出感生電流，該感生電流與交變磁場(chǎng)相互作用就會(huì)產(chǎn)生垂直于鑄坯表面指向液芯的電磁壓力，減小鑄坯與結(jié)晶器間接觸壓力,提高鑄坯表面質(zhì)量［1７］。但低頻電磁場(chǎng)的電磁攪拌強(qiáng)度太大時(shí)會(huì)在熔融金屬液面形成漩渦,由此產(chǎn)生的離心力使結(jié)晶器壁附近的金屬液面向上突起,增加了金屬液柱與結(jié)晶器之間的接觸壓力,還會(huì)將液柱表面的氧化物卷入金屬液內(nèi)部，形成夾雜缺陷［１8］。本文采用軟接觸電磁連鑄工藝，分析電磁場(chǎng)頻率及施加功率等電參數(shù),拉坯速度、澆注溫度、液面位置及冷卻強(qiáng)度等工藝參數(shù)對(duì)鑄錠的影響,并進(jìn)行組織性能分析.2．２電磁連鑄基本原理軟接觸電磁連鑄的基本原理如圖2.1［19].可見,電磁連鑄的原理與電磁鑄造基本相同，但是它們的工作原理不同，主要的區(qū)別是有模與無模.FFzFrMouldLiquidSolidCoilCastingdirection圖２。1軟接觸連鑄工作原理簡(jiǎn)圖軟接觸電磁連鑄技術(shù)是在普通連續(xù)鑄造用結(jié)晶器的壁上沿鑄造方向開設(shè)窄縫，縫隙間用絕緣材料填充,目的是減小結(jié)晶器的電磁屏蔽作用。在結(jié)晶器外設(shè)置感應(yīng)線圈,線圈內(nèi)通過交變電流，可以在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)在感應(yīng)器和鑄錠內(nèi)引起感生電流。熔融金屬內(nèi)產(chǎn)生的感生電流與交變磁場(chǎng)相互作用形成的洛侖茲力使液柱向上隆起,形成彎月面;而且感生電流具有加熱的作用，通過使鑄錠升溫和減少鑄錠與結(jié)晶器之間的熱流量來降低初期凝固殼的高度。利用交變電磁場(chǎng)的形狀控制、感應(yīng)加熱及電磁攪拌的功能可以對(duì)鎂合金液的初期凝固過程進(jìn)行控制.2．3鎂合金電磁成型系統(tǒng)裝置電磁連鑄成型系統(tǒng)是由電源系統(tǒng)、熔化與澆鑄系統(tǒng)、電磁成型系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及拉坯系統(tǒng)組成,如圖２．2所示。1流槽2結(jié)晶器3感應(yīng)器４冷卻水５鑄錠6底模7鑄機(jī)圖２.2鎂合金圓錠電磁連鑄實(shí)驗(yàn)裝置示意圖電源系統(tǒng)采用可控硅中高頻電源裝置,輸出頻率分別為10０0Ｈz、25０0Hz、５０00Ｈz和100０0Hｚ的交變電流。中頻淬火變壓器可將電源輸出的高電壓低電流轉(zhuǎn)化為低電壓高電流，供感應(yīng)器產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)。在本試驗(yàn)中采用25００Hz交變電流，功率一般為1０kW。電磁連鑄結(jié)晶器內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布隨電源的頻率的變化而變化.在相同功率下，當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)有負(fù)載時(shí)，由于結(jié)晶器內(nèi)中頻磁場(chǎng)的磁力線壓縮在結(jié)晶器壁與鑄件之間，鑄錠表面附近各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度較無載荷是均有大幅度提高。同時(shí),在上述條件下,磁場(chǎng)在結(jié)晶器內(nèi)的分布較均勻，結(jié)晶器切縫的影響較小，隨著電源功率的增大，電磁結(jié)晶器內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨之提高。熔化爐采用電阻絲加熱,澆鑄金屬時(shí)由爐子澆道直接向結(jié)晶器內(nèi)澆注,由熔化爐和堵塞棒相結(jié)合控制液體的流量。對(duì)于不同的拉坯速度,使液面相對(duì)于結(jié)晶器內(nèi)壁保持一定的高度,并調(diào)節(jié)拉速使其穩(wěn)定。拉坯控制系統(tǒng)使用變頻器調(diào)整調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，經(jīng)過齒輪調(diào)速后拖動(dòng)鑄造平臺(tái)上下移動(dòng),鑄造平臺(tái)的最大移動(dòng)速度為30cm/mｉn,最大行程為1ｍ.冷卻系統(tǒng)由蓄水池、冷卻水套、流量控制器和一系列水路組成,用于結(jié)晶器、中高頻電源、淬火變壓器、電磁感應(yīng)器和鑄錠的冷卻.噴水方式采用水孔直噴式，水流與鑄錠表面基本成直角。中頻電源保護(hù)氣中頻電源保護(hù)氣電磁成型系統(tǒng)熔化爐操作平臺(tái)圖２。3電磁連鑄裝置照片2。４鎂合金電磁連鑄過程2。4。1AZ3１、AZ61鎂合金成分工業(yè)純鎂的力學(xué)性能很低，如純單晶體的臨界切應(yīng)力只有4。８~４．9ＭPa,此外，純鎂多晶體的強(qiáng)度和硬度也比較低,不能直接用做結(jié)構(gòu)材料[20］。所以工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常采用熱處理、細(xì)化晶粒、冷加工變形、加入合金元素等方法來強(qiáng)化鎂的力學(xué)性能,其中通過加入合金元素獲得鎂合金是鎂強(qiáng)化最基本、最常用的途徑，其他方法都是建立在鎂的合金化基礎(chǔ)上的.本試驗(yàn)中配備AZ31、AＺ６1的鎂合金，采用高純度的金屬鎂、鋁和鋅來熔煉.ＡＺ31、ＡZ6１鎂合金的化學(xué)成分見表2.２。表2。2鎂合金的化學(xué)組分（質(zhì)量百分含量wｔ.％)AlZnFｅSiＣuNiMgAZ3１2.５~３.５0。7～1．３〈0。０１〈0.30＜０。01<0。01余量ＡＺ61５.８～６。20．8～1。1〈0。０1＜0.01<０．03<0。0０5余量2．４。2鎂合金的熔煉電磁連續(xù)鑄造不僅是鑄造工程和電磁流體力學(xué)相結(jié)合的一門技術(shù)，在電磁連鑄過程中還要伴隨著合金的熔煉防護(hù)等工藝過程。冶煉得到的金屬鎂通過精煉凈化和合金化后才能成為鎂合金.鎂合金的熔煉不像鋁及其合金那樣不加保護(hù)地敞開熔煉.鎂熔液表面上的氧化膜是疏松的，不能保護(hù)里面的金屬進(jìn)一步被氧化。相反，由于氧化膜妨礙散熱,還加速氧化過程[1９]。在鎂合金材料及部件制備工藝中,合金的熔煉是重要的環(huán)節(jié)。它影響到合金熔體的質(zhì)量，進(jìn)而影響產(chǎn)品的最終性能。影響鎂合金熔體質(zhì)量的因素很多,主要有原材料的品質(zhì)、所使用的熔劑、熔煉方法和裝置等.同時(shí)，與其他金屬相比,鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑，在液態(tài)下極易與氧、氮、水等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),氧化及燒損嚴(yán)重，鎂及合金的耐蝕性能對(duì)雜質(zhì)元素如Fe、Ni、Cｕ等非常敏感,從而鎂合金的熔煉工藝又有許多自身的特點(diǎn)。因此，必須重視鎂合金的熔煉工藝，否則不僅會(huì)降低熔體質(zhì)量(包括合金純凈度、成分均勻性和準(zhǔn)確性)，甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)。為防止鎂及鎂合金熔體氧化、燃燒,生產(chǎn)中一般采用在熔劑層保護(hù)下進(jìn)行熔煉。熔劑在鎂合金熔煉過程中起著極其重要的作用,主要有以下兩個(gè)方面。（１)覆蓋作用熔融的熔劑借助表面張力作用，在鎂熔體表面形成一層連續(xù)、完整的覆蓋層，隔絕空氣和水氣,防止鎂的氧化,或抑制鎂的燃燒。(2）精煉作用熔融的熔劑對(duì)夾雜物具有良好的潤(rùn)濕、吸附能力，并利用熔劑與金屬熔體的密度差,把金屬夾雜物隨同熔劑自熔體中排除。根據(jù)上述作用,熔劑應(yīng)當(dāng)具有如下性質(zhì):熔點(diǎn)低于純鎂和鎂合金；有足夠高的液體流動(dòng)性和表面張力;具有一定的粘滯性;與坩堝壁和爐體潤(rùn)濕;有精煉能力;在９7３～1073Ｋ時(shí)熔劑密度比鎂合金的高；與鎂合金和爐壁不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)熔劑材料必須滿足以下幾點(diǎn)要求：一、能夠減少或防止熔體表面的氧化或燃燒。二、熔劑與熔體容易分離，能夠有效去除熔體中的夾雜物如氧化物、氮化物等。三、不含對(duì)熔體有害的夾雜物和夾雜元素。四、對(duì)環(huán)境無污染，原材料損耗低.五、原料來源廣，價(jià)格低廉,不會(huì)明顯增加合金材料的生產(chǎn)成本.2.4.3鎂合金的防護(hù)鎂合金熔體易與周圍介質(zhì)如氧、氮、水汽等發(fā)生反應(yīng)。（1）鎂和氧的反應(yīng)[２１］鎂與1ｇ氧氣化合時(shí)釋放５９8J的熱量，而鋁則放出531Ｊ的熱。鎂與氧的親和力要比鋁與氧的親和力大,氧化物的生成熱越大，分解壓越小，則與氧的親和力就越強(qiáng)。因此，鎂的化學(xué)活性很高,固態(tài)的鎂會(huì)在空氣中與氧發(fā)生反應(yīng)２Mｇ+O2=2MgO（2。1)鎂被氧化后表面生成疏松的氧化鎂(MｇO）,其致密度系數(shù)＝０.７９(Aｌ2O3的＝１.２８）,由于表面氧化膜不致密，不能阻礙反應(yīng)物質(zhì)通過，使氧化過程得以不斷地進(jìn)行，不能保護(hù)鎂不再氧化.溫度較低時(shí)，鎂的氧化速率不大；溫度高于500℃時(shí)，氧化速率加快；當(dāng)溫度超過熔點(diǎn)650℃時(shí)，其氧化速率急劇增加,一旦遇氧就會(huì)發(fā)生激烈的氧化而燃燒,放出大量的熱和白光，最高溫度可達(dá)287５℃，遠(yuǎn)高于鎂的沸點(diǎn)1１07℃，引起鎂熔液大量氣化,甚至導(dǎo)致發(fā)生爆炸。(2）鎂和水的反應(yīng)水和鎂的反應(yīng)無論是固態(tài)還是液體均能發(fā)生，其反應(yīng)方程式見式（２.2)和式(2．3）在室溫下，反應(yīng)速度緩慢,隨著溫度升高，反應(yīng)速度加快，并且會(huì)分解為水及，高溫時(shí)只發(fā)生（２．2)的反應(yīng)式。在相同情況下鎂和水之間的反應(yīng)比鎂和氧的反應(yīng)更激烈。Ｍg＋H2O＝MgＯ＋H2＋Q１（2。2）Mｇ+２H2O=Mg(OＨ）2+Ｈ2+Q2(2.3)當(dāng)熔融鎂與水接觸時(shí),不僅因?yàn)樯裳趸V放出大量的熱，生成的氫氣和空氣中的氧氣迅速混合反應(yīng),以及液態(tài)的水受熱而迅速氣化，導(dǎo)致猛烈的爆炸,引起鎂液飛濺，危害極大.(3)鎂和其他氣體的反應(yīng)鎂與氮?dú)獾姆磻?yīng)方程式為3Mg+Ｎ2=Mg３N2（2。4）氮?dú)饽芘c鎂反應(yīng)生成Ｍg3N２，生成的氧化膜酥松多孔，不能阻止反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行.但攪動(dòng)鎂液時(shí),它還會(huì)混入鎂液，懸浮在鎂液中,成為非金屬夾雜物.氬、氦、氖等惰性氣體均不與鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),可防止鎂熔液的燃燒.但在這些氣氛中，鎂熔液不能生成防護(hù)性的表面膜，故不能阻止鎂的蒸發(fā),而鎂在熔點(diǎn)以上有較高的蒸汽壓。（４)鎂與保護(hù)劑的反應(yīng)硫磺和鎂液相遇時(shí)，首先受熱蒸發(fā)為硫蒸汽，部分在鎂液表面形成MgS保護(hù)膜,大部分Ｓ和氧氣生成ＳO2,SO2又和鎂液產(chǎn)生下列放熱反應(yīng):Ｓ+O2=SＯ２（２。５）3Mg+ＳO２=2MgＯ+MgS（2.６）ＭgO+ＭgS復(fù)合氧化膜很致密，具有阻緩氧化的作用。但當(dāng)溫度大于７５0℃時(shí),此膜失去保護(hù)作用，SＯ２與鎂劇烈反應(yīng)而生成硫化物夾雜。目前國(guó)內(nèi)外在熔煉鎂合金中越來越多地使用SF6氣體來防止鎂熔液的氧化燃燒。SＦ6是一種無色、無味、無毒的氣體，相對(duì)分子質(zhì)量為１４6。１,比空氣重四倍。從分子結(jié)構(gòu)看,一個(gè)硫原子被六個(gè)氟原子包圍，具有化學(xué)惰性結(jié)構(gòu)，在常溫下極其穩(wěn)定。通常將SF６氣體高壓變成液態(tài),存儲(chǔ)于專用的耐高壓瓶中備用。溫度較高時(shí)（5０0℃)，SF６將會(huì)發(fā)生分解，生成有毒的低氟化合物Ｓ2F10、S２F4等。但在生產(chǎn)條件下的含量不大于保護(hù)氣體總體積的1/1000，這些氟化物均在安全允許值內(nèi).在高溫時(shí)，SF6與鎂發(fā)生化學(xué)作用,表面膜中有MｇF2生成。使疏松的MｇO膜轉(zhuǎn)變?yōu)橛蒑gO+ＭgＦ2組成的連續(xù)、致密的混合膜，因而含SＦ6的氣氛有防止鎂熔液氧化燃燒的作用。ＳF6與鎂所發(fā)生的可能的化學(xué)反應(yīng)如下:2ＳF６=2SF４+nF＋(1－n/2)F2(２．７)Mg＋２F=MｇF２（２.8)Mg+F2=MｇF2（2.9)2．4．４鎂合金的電磁連鑄工藝參數(shù)電源頻率為2500Ｈz，功率為1０kW；澆注溫度為７０0～7０５℃;液面控制在感應(yīng)線圈上沿±２mｍ處；穩(wěn)定拉速為１。08mm/ｓ;冷卻水量為１．２m3／h。制備的圓錠尺寸為1２０ｍm×５０0ｍｍ。將一定量該合金熔化并加熱至７00～7０5℃進(jìn)行澆注，澆注過程中在流口通保護(hù)氣體（SF6+ＣO２+空氣的混合氣體）。?3變形鎂合金的擠壓成形3．1引言變形鎂合金是通過塑性變形生產(chǎn)出的各種型材及鍛件鎂合金，并且可以通過對(duì)材料組織的控制和應(yīng)用熱處理工藝來消除鑄造組織缺陷及細(xì)化晶粒，從而獲得更高的強(qiáng)度、更好的延展性及更多樣化的力學(xué)性能，以滿足不同場(chǎng)合結(jié)構(gòu)件的使用要求。變形鎂合金的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用優(yōu)勢(shì)已引起了國(guó)內(nèi)外對(duì)其成形技術(shù)的高度重視，投入了大量人力、財(cái)力進(jìn)行開發(fā)研究，并取得了顯著成果.３．2擠壓工藝參數(shù)的確定鎂合金擠壓成型主要工藝參數(shù)有坯料溫度、模具預(yù)熱溫度、擠壓比、潤(rùn)滑劑和擠壓速度等。擠壓變形時(shí)各種參數(shù)的確定依據(jù)一下原則:坯料溫度:金屬鎂具有密排六方晶格，室溫下滑移系較少，難以進(jìn)行變形加工［2２,２3］。當(dāng)溫度達(dá)到200℃以上時(shí),｛｝方向和｛｝方向也可能產(chǎn)生滑移，因此塑性得到明顯提高。鎂合金在不同溫度下的塑性變形特征有如下規(guī)律：（１）200℃以下時(shí)發(fā)生剪切斷裂;（2)２００～３00℃有顯著加工軟化現(xiàn)象;（３）30０～4０0℃為最佳加工溫度;（4）４0０℃以上時(shí)坯料氧化嚴(yán)重。模具預(yù)熱溫度：擠壓鎂合金用擠壓筒和模具都是采用合金鋼制造的，一般通過酸洗或機(jī)械拋光來清洗組件以保持?jǐn)D壓筒和模具的清潔。擠壓筒、模型塊和模具都需要預(yù)熱到與鎂合金工件相同的溫度，以防止擠壓過程對(duì)鎂合金坯件產(chǎn)生冷卻作用.由于擠壓過程中擠壓筒和坯件間的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量,以及金屬變形時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱量，因此工模具的預(yù)熱溫度應(yīng)該比擠壓溫度低2５K左右.在本次試驗(yàn)中，模具溫度采用330℃。擠壓比：在鎂合金擠壓成形工藝中，擠壓比通常在10:１～100：1范圍內(nèi)變化。根據(jù)本試驗(yàn)中擠壓機(jī)和模具的參數(shù)，擠壓比為２0：1。潤(rùn)滑劑：擠壓變形時(shí)，為了減輕坯料與模具之間的摩擦，防止粘模,促進(jìn)金屬的流動(dòng)，一般要采用潤(rùn)滑劑，同時(shí)潤(rùn)滑劑還可以起到隔熱作用，提高模具的壽命。潤(rùn)滑劑一般選用MoＳ２、石墨、動(dòng)物油或者植物油。本實(shí)驗(yàn)中選用石墨進(jìn)行潤(rùn)滑。擠壓速度：選擇擠壓速度的原則是,在保證制品不產(chǎn)生表面裂紋、毛刺、扭擰、彎曲、孔隙、擴(kuò)(并）口等重要問題的前提下，只要擠壓機(jī)能力允許，速度越快越好。數(shù)次試驗(yàn)結(jié)果表明，擠壓速度確定為0．5ｍ／ｍｉn時(shí)可保證制品表面質(zhì)量良好.本試驗(yàn)采用立式液壓機(jī)，圖3．1、3．２分別為實(shí)驗(yàn)用液壓機(jī)及裝配好的模具實(shí)物和擠壓后鎂合金實(shí)物。圖３．1實(shí)驗(yàn)用液壓機(jī)及裝配好的模具實(shí)物圖圖３．２擠壓后鎂合金實(shí)物圖將鑄錠車削加工剝皮至φ112mm的待擠壓樣品,在擠壓機(jī)上采用正向擠壓方式進(jìn)行擠壓。擠壓筒和模具均采用合金鋼制成，擠壓筒內(nèi)徑為１1２mm，擠壓模內(nèi)徑為20mm，在擠壓過程中始終保持清潔狀態(tài)。為了避免擠壓筒、擠壓墊和模具在典型的推壓階段對(duì)工件可能產(chǎn)生激冷影響，故須預(yù)熱這些部件，使其達(dá)到工件溫度。該溫度應(yīng)低于擠壓溫度25℃左右,以補(bǔ)償擠壓過程中由工件和擠壓筒之間的磨擦和金屬變形所引起的溫升。3．3熱處理前變形鎂合金的顯微組織圖3．3為鎂合金擠壓后在２００倍的顯微組織，從中我們可以看出,鎂合金在４0０℃熱擠壓之后,晶粒尺寸產(chǎn)生了明顯的細(xì)化，發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程，晶界處β—Ｍg１7Ａl1２相已基本消失，在ＡZ３1鎂合金中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象特別明顯,晶粒尺寸僅在7μm左右,在AZ61鎂合金中，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象不如AZ３1鎂合金明顯,晶粒尺寸較大，達(dá)到了１0μm左右，晶界處存在極少數(shù)粒狀β-Ｍｇ1７Aｌ12相。（a)AZ31（b）AZ６１圖3．3擠壓后鎂合金的顯微組織?4擠壓變形鎂合金的熱處理４.1實(shí)驗(yàn)方法４．1.1試樣制備擠壓變形后得到的鎂合金為φ20mm的長(zhǎng)圓棒，在擠壓棒材中選取中間質(zhì)量比較好的部分，將其切割成厚為10mm的厚圓片,并標(biāo)號(hào)。由于鎂合金易氧化，特別是在高溫下,其氧化速度很快.為了減小氧化程度,通常采取一些措施,例如,通入保護(hù)氣體,或在真空爐中加熱。為了簡(jiǎn)便易行，本試驗(yàn)采用鋁箔紙包裹厚圓片，使之與空氣完全隔絕。將熱處理爐緩慢加熱,升溫到預(yù)定溫度，保溫一定時(shí)間,將包有鋁箔紙的厚圓片放入熱處理爐中，開始記時(shí),熱處理到預(yù)定時(shí)間后，固溶試樣取出溫水淬火，時(shí)效試樣取出空冷.4.1。２試驗(yàn)工藝參數(shù)對(duì)于鎂合金擠壓熱處理已經(jīng)有不少的研究，一般認(rèn)為合適的固溶處理和時(shí)效處理溫度為３５0～４20℃和170～2４0℃。本次試驗(yàn)中將固溶處理溫度定為35０℃、3８０℃和41０℃,時(shí)效處理溫度為170℃、２０0℃和23０℃。制定的工藝如下:先單獨(dú)進(jìn)行固溶處理(Ｔ4)和時(shí)效處理（T5),然后根據(jù)硬度測(cè)試結(jié)果確定出合適的優(yōu)化處理工藝，之后進(jìn)行了固溶處理＋時(shí)效處理(T6）。鎂合金擠壓棒的熱處理工藝見表5．1.表５.1ＡＺ３1、AZ61鎂合金擠壓棒熱處理工藝編號(hào)熱方式處理溫度/℃時(shí)間/h編號(hào)熱處理方式溫度/℃時(shí)間/h＃１T４３５0℃8＃13T５17０℃２#２１２#144#３１6#15８#４20#1６12#538０℃８＃1７18＃61２＃１824#716#19３0#８2０＃20200℃２#9４10℃8＃214＃10１2#228＃１１16＃2３1２＃１220＃２418＃3４T6（優(yōu)選T4、T5工藝）３５0℃+1７0℃１２#２5246#2630#3５３5０℃+200℃12#２7２3０℃24＃284＃3６３5０℃+23０℃1２＃2９8２＃3012#37380℃＋１70℃８#31１８6#３２２4＃38380℃+2００℃8#33３04#393８0℃+2３0℃82#40４１0℃＋1７0℃86#414１0℃+2００℃84#42４１0℃＋２３０℃８2?4.2熱處理后變形鎂合金的顯微組織和力學(xué)性能將試樣在砂紙上打磨光滑后，進(jìn)行拋光和腐蝕，腐蝕劑選用苦味酸腐蝕劑（1。5g苦味酸+25mＬ乙醇＋５mL乙酸＋10mＬ水）和鹽酸腐蝕劑（10mL鹽酸＋100mL乙醇），在MＥF—3型顯微鏡下觀察金相組織。圖４.1為AZ6１鎂合金分別在35０℃，380℃和410℃固溶處理12ｈ的顯微組織，從中我們可以看出,在３50℃時(shí)，ＡＺ６1鎂合金晶粒仍然保持在較小的尺寸,大約為1０μm，但晶粒大小不均勻,少數(shù)較大的晶粒尺寸達(dá)到了65?～75μm，在380℃固溶處理時(shí)，AＺ６1鎂合金也保持在較小的范圍，但與在35０℃固溶處理的鎂合金相比，晶粒有少量的增大,且晶粒也變得均勻，晶粒尺寸為１5μm左右，在４1０℃固溶處理時(shí)，AZ6１鎂合金晶粒尺寸有顯著的增大,多數(shù)晶粒尺寸都達(dá)到了６０~7０μm。（a）３50℃固溶1２h（b）38０℃固溶12h（c）410℃固溶12h圖4.１ＡZ61在不同溫度固溶１2h的顯微組織同時(shí)，對(duì)固溶處理后AZ６１鎂合金進(jìn)行硬度測(cè)量,我們可以發(fā)現(xiàn)，在三個(gè)溫度固溶處理鎂合金的硬度都有下降，而且下降明顯如圖4。２。圖4．2AZ６1鎂合金Ｔ4處理后的硬度測(cè)量值圖4。3為AZ３1在200℃時(shí)效處理保溫不同時(shí)間在放大5０0倍時(shí)的微觀組織，可以看出,隨著時(shí)效保溫時(shí)間的增加，AZ31晶粒尺寸在時(shí)效處理2h?～１2h時(shí)沒有明顯的增大，尺寸均勻，并且始終維持在7μm左右，當(dāng)時(shí)效時(shí)間達(dá)到１8h時(shí)，合金中產(chǎn)生少數(shù)大尺寸晶粒，在時(shí)效時(shí)間為３0ｈ時(shí),合金中的細(xì)小晶?；旧媳淮缶ЯＫ娲?大晶粒的平均尺寸為25μm左右。(ａ）2００℃時(shí)效2h（b）200℃時(shí)效4h（c）20０℃時(shí)效8h(d)20０℃時(shí)效1２ｈ(e)2００℃時(shí)效１8h（f)200℃時(shí)效24h（g）２０0℃時(shí)效30ｈ圖4．3AZ３１在２００℃T５處理不同時(shí)間的顯微組織AZ３1時(shí)效過程中,進(jìn)一步的SEM觀察我們同樣可以發(fā)現(xiàn)，在時(shí)效時(shí)間為2h時(shí)，合金中β—Ｍｇ17Al1２相分布在晶界,且分布在晶界β—Mg17Aｌ12相較少，呈連續(xù)分布，而在時(shí)效時(shí)間達(dá)到30ｈ時(shí)，分布在晶界β-Mg1７Ａl12相明顯增多,晶粒內(nèi)也可以看出析出有少量的β－Mg1７Aｌ12相，如圖4.4.（a)２０0℃時(shí)效2h（b)200℃時(shí)效4ｈ（ｃ）２０0℃時(shí)效2４h（d）2０0℃時(shí)效３0h圖4．４AZ３1在2０0℃T５處理不同時(shí)間的掃描電鏡組織ＡＺ３1鎂合金在不同時(shí)間不同溫度T5處理后的硬度測(cè)量值如圖4．5,容易看出,AＺ3１鎂合金在不同溫度時(shí)效處理都產(chǎn)生了相似的變化規(guī)律,其硬度測(cè)量值都是先減小后增大。對(duì)T4處理后ＡZ３1鎂合金進(jìn)行硬度測(cè)量,我們也可以發(fā)現(xiàn),在350℃和380℃固溶處理后，鎂合金硬度由少量的增加，3５0℃固溶處理12ｈ的鎂合金硬度更是達(dá)到了65。5HＢ，固溶處理多于12h時(shí),硬度會(huì)有顯著的下降，而鎂合金在410℃固溶處理１２h后硬度有顯著的下降，僅為５5．３HB，如圖4.６。與35０℃Ｔ4處理相比，ＡＺ31鎂合金T5處理的硬度值都較小。圖4．5ＡZ31鎂合金T５處理后的硬度測(cè)量值圖４．6ＡZ3１鎂合金T4處理后的硬度測(cè)量值圖4.7為AZ61在２00℃時(shí)效處理保溫不同時(shí)間在放大500倍時(shí)的微觀組織，可以看出，ＡZ６1鎂合金在熱處理后產(chǎn)生了較多的析出相，晶粒細(xì)小均勻,在時(shí)效時(shí)間為2h時(shí)，尺寸大約為１０μm.隨著時(shí)效保溫時(shí)間的增加，晶粒有增大的趨勢(shì),合金中的析出相逐漸增多，當(dāng)時(shí)效時(shí)間達(dá)到30h時(shí),合金被大小不均的晶粒所取代，平均晶粒尺寸為1５μm。這可能是由于在時(shí)效初期，合金中的析出相較多，所儲(chǔ)存的畸變能較多,合金發(fā)生再結(jié)晶過程，產(chǎn)生一定數(shù)量的再結(jié)晶晶粒，處于有利位相的再結(jié)晶晶粒吞噬原有的畸變晶粒，使合金的平均晶粒減小,隨著時(shí)效保溫時(shí)間的增加，再結(jié)晶晶粒逐漸長(zhǎng)大,引起時(shí)效后期合金平均晶粒的增大。（ａ)２00℃時(shí)效２h（b)20０℃時(shí)效４h（c)２00℃時(shí)效８h(d）20０℃時(shí)效12h(e)200℃時(shí)效1８h(f)２00℃時(shí)效2４ｈ（g）2００℃時(shí)效30ｈ圖4.7AZ６1在200℃T5處理不同時(shí)間的顯微組織進(jìn)一步的ＳＥＭ觀察表明，在時(shí)效過程中,α過飽和固溶體不經(jīng)過任何中間階段直接析出β—Mg17Aｌ１2相,不存在預(yù)沉淀階段，通常以非連續(xù)析出為先導(dǎo),在進(jìn)行連續(xù)析出［2４］。非連續(xù)析出多從晶界或位錯(cuò)處開始，β—Mg１7Al１2相以片狀按一定取向往晶內(nèi)生長(zhǎng)，反應(yīng)區(qū)和未反應(yīng)區(qū)有明顯分界面，仍保持原有的過飽和狀態(tài)，如圖4．8(ａ），當(dāng)非連續(xù)析出進(jìn)行到一定程度后，晶內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)析出，β—Ｍｇ1７Ａｌ1２相以細(xì)小片狀形式沿基面(000１)生長(zhǎng)。（a)２００℃時(shí)效4h（b）200℃時(shí)效1２h（c）２０0℃時(shí)效２4ｈ（d）2００℃時(shí)效30h圖4．8AＺ6１在２00℃T5處理不同時(shí)間的掃描電鏡組織與熱擠壓后AZ3１鎂合金相比，熱擠壓后AZ６1鎂合金在T5處理過程中,晶粒長(zhǎng)大的傾向更小，AZ6１晶粒僅從10μm長(zhǎng)大到１5μm，而ＡＺ61晶粒則從7μｍ長(zhǎng)大到25μm。其原因可能是在AZ61中，Ａl的含量比AＺ３1的含量高，使合金中β—Ｍg17Ａｌ12相含量相應(yīng)的比