形变热处理对AZ80镁合金组织及性能的影响论文.doc

形变热处理对AZ80 镁合金组织及性能的影响 摘　要: 降低挤压温度是细化镁合金晶粒和提高强度的有效手段, 但对靠析出强化的AZ80 镁合金来说, 降低挤压温度会造成挤压时的析出, 从而影响最终时效的效果。分析了在工业生产用挤压机上380 ℃和330 ℃挤压出的AZ80 镁合金挤压和时效的组织和性能。结果表明: 330 ℃挤压可获得6μm 的均匀等轴晶粒组织, 但冷却后的样品中明显存在析出物, 后续时效过程较快, 但最高强度不如高温挤压样品的最高强度; 在380 ℃下挤压并时效后,其最高抗拉强度可达400 MPa , 延伸率可达8 %。X 射线衍射织构测定表明,挤压轴的织构对性能的提高也起一定的作用。利用环境扫描电镜和透射电镜研究了时效温度对AZ80镁合金析出相的影响，测定了析出相荃体的位向关系，分析了不同析出相的析出机理及其对合金性能的影响 关键词: AZ80 镁合金; 变形; 时效处理; 织构; 力学性能 镁合金以其良好的铸造性能、切削加工性能及抗冲击性能等优点日益得到人们的普遍关注, 尤其在汽车和飞机制造等一些工业领域因其低的比重和易回收特点而逐渐被大批量地应用[1 , 2 ] 。AZ80 镁合金是传统Mg2Al2Zn 系变形镁合金中强度最高的合金, 其抗拉强度可达380 MPa[3 ] 。我国对镁合金的研究主要集中在一些新型稀土类合金体系的开发[4 7 ] , 对AZ80 合金的研究较少。尽管AZ80 镁合金中的Al 含量占8 %, 且具有明显的时效析出效应, 但直接析出平衡相Mg17Al12 (缺乏亚稳相) 和大规模的不连续析出(胞状析出) 使得该合金并未进行最佳时效强化[ 8 , 9 ] 。可能改善的方法有两种, 一是加入第三组元产生以亚稳共格方式存在的析出物;二是改变热机械处理工艺, 在细化晶粒、尽量减小胞状析出的规模的基础上, 利用织构强化。第一种方法是最理想的, 但目前尚未找到理想的第三组元。本文作者采用第二种方法, 尝试降低挤压温度细化晶粒、提高织构强度、促进第二相均匀析出从而进一步改善合金性能的可能性, 为工业生产提供原始数据。由于镁合金强烈的性能各向异性, 挤压棒较高的力学性能几乎无一例外地包含织构的贡献。如Hilpert 等[10 ] 报道, AZ80 挤压板(尚未时效) 的纵、横向抗拉强度分别为340 和200 MPa , 延伸率分别为12 %和3 %; 挤压棒轴向和径向的抗拉强度分别为350 和265 MPa , 延伸率分别为9 %和7 %; 而铸态AZ81 合金(无强织构) 经T4 处理后的抗拉强度只有275 MPa , 延伸率为15 %[3 ] ; 等通道侧向挤压虽可将晶粒细化至8μm 以下, 但造成的软取向使强度反而下降[11 ] , 可见织构对性能的影响很大。研究时效温度对镁合金析出β相的影响及析出β相对合金性能的强化作用, 发现了口相的一种新的析出方式—在晶界及孪晶处析出, 这种β相对合金性能有较大危害, 文中探讨了两种相的形核及生长行为, 并分析了其对合金性能的不同影响。 1 　实验 实验所用材料为AZ80 变形镁合金, 名义成分为8 %Al , 0. 5 %Zn , 0. 2 %Mn (质量分数) , 余量为Mg。试样经630 T 生产用挤压机上挤压成d 22 mm的棒材, 挤压面之比为17 ∶1 (因生产中模具的限制, 未能进一步增大挤压比) 。为消除铸态试样中枝晶偏析及非平衡析出相的影响, 坯料预先经过固溶热处理(440 ℃, 12 h) , 挤压后浇水冷却, 再在170 ℃下进行等温时效处理, 最长时效时间为36 h 。拉伸试样按国标GB/ T 228 —2002 规定进行截取。拉伸实验在MTS 810 力学性能实验机上进行, 应变速率为6 ×10 - 4 s - 1 。硬度实验在HBRVU 187. 5 型光学硬度计上进行, 每个试样上测3 个点取平均值。金相试样用AC Ⅱ抛光液进行电解抛光, 然后用苦味酸+ 冰醋酸溶液侵蚀, 在Leica2MEF4M 型光学显微镜上观察金相组织。用L EO 1450 型扫描电镜( SEM) 观察断口形貌, 用D 5000衍射仪测量宏观织构。合金的微观结构和能谱分析采用环境扫描电镜, 金相所用腐蚀剂为5%的硝酸酒精透射电镜样品采用电解双喷减小, 电解液为1：3的硝酸甲醇, 温度为-20℃ ,双喷后经过离子薄化仪进一步减薄并去掉表面氧化层 2 　结果与讨论 2. 1 　铸态及挤压变形后的组织 图1 (a) 和(b) 所示为AZ80 合金的原始铸态组织及440 ℃固溶处理后的显微组织。由图1 (a) 可看出, 铸态组织由α2Mg 基体和离异共晶生成沿晶界分布的网状β2Mg17Al12相组成, 具有Mg2Al 系合金典型的铸造组织特征, 多视场统