快速凝固AM60合金组织和性能的研究

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镁合金重量轻、比强度和比刚度高、减震性能和电磁屏蔽性能优良,铸造性能优异、还具有良好的切削加工性能和抛光性能,因此镁合金在汽车、航空航天、家电、通讯电子等工业中得到日益广泛的应用,其中AZ91D和AM60B占汽车上镁合金应用量的90%,AM60镁合金主要应用在汽车轮毂,转向盘,座椅等汽车零件上。目前生产AM60镁合金零件的主要工艺是压力铸造,但是压铸件的塑性比较低,不适合应用在有震动和冲击载荷的情况。快速凝固工艺提高了合金的冷却速度,细化合金的晶粒组织,是提高镁合金性能的重要途径之一。目前快速凝固镁合金研究比较多的是AZ91和Mg-Zn系合金,而对AM60镁合金的快速凝固鲜有报道。  本文旨在研究快速凝固工艺条件下 AM60镁合金的组织和性能,同时研究了常规铸造条件下具有晶粒细化作用的合金元素 Y、Ca、Sr在快速凝固条件下对AM60镁合金组织和性能的影响。  本文利用食盐水冷的方法制造不同直径的(坩埚直径不同,内径分别是87mm,60mm和36mm)AM60镁合金铸锭,研究不同凝固速度对AM60镁合金组织和性能的影响,同时在食盐水冷的条件下研究添加元素Y,Ca和Sr对AM60镁合金组织和性能的影响。  主要结果为:  ①与常规铸造AM60镁合金相比,采用快速凝固方式制备的AM60镁合金的晶粒组织细小,并且分布均匀。力学性能得到了明显提高,常规铸造的AM60镁合金的抗拉强度为129.0Mpa,在本实验中经快速凝固后,凝固速度最快的AM60镁合金的抗拉强度达到了268.3Mpa,而屈服强度和延伸率分别由85.3Mpa,2.4%提高到了124.3Mpa和15.4%。  ②快速凝固条件下,随着凝固速度的提高,第二相Mg17Al12在晶界处分呈不连续的弥散分布,并且凝固速度的提高也利于力学性能的改善,当铸锭直径从87mm降低到36mm时,合金的抗拉强度由218.9Mpa提高到268.3Mpa,而屈服强度和延伸率分别由101.6Mpa,10.0%提高至124.3Mpa,15.4%。  ③快速凝固条件下AM60镁合金中添加元素Y后,晶粒组织形貌发生较大变化,由等轴晶状发展为枝晶状,并且晶界处有大小不一的颗粒状第二相Al2Y存在。在此条件下 AM60镁合金无论是抗拉强度,屈服强度还是延伸率都要优于AM60-xY合金。  ④快速凝固条件下AM60镁合金中添加元素Ca后,晶粒组织形貌发生了明显的变化,由等轴晶状发展为明显的细针状的枝晶,最后晶粒组织是呈现层片状的分布,并且在晶界处有第二相 Al2Ca生成,第二相的形貌由弥散分布发展为网状分布,将晶粒完全割裂开来,这种分布不利于合金力学性能的改善。因此Ca元素的添加并没有使合金的力学性能得到提高,即 AM60镁合的抗拉强度,屈服强度和延伸率要高于AM60-xCa合金,并且随着Ca元素的添加,延伸率是呈现下降的趋势。  ⑤快速凝固条件下,没有添加 Sr元素的AM60镁合金的组织为细小均匀的近似等轴的晶粒,添加Sr元素后晶粒尺寸逐渐变大,最后发展为相对发达的枝晶。Sr元素的加入使合金的屈服强度,抗拉强度和延伸率都有了一定程度的降低。
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