Sn对Mg-6Al合金力学性能的影响.pdf

第6 2 卷第4 期 2 0 10 年11 月 有色金属 N o n f e r r o u M e t a l s V 0 1 ．6 2 ，N o ．4 N O V ．20lO S n 对M g ．6 A 1 合金力学性能的影响 李萍 洛阳理工学院土木工程系，河南洛阳4 7 1 0 0 3 摘 要采用拉伸试验、断口分析和组织观察，研究1 5 0 。C 和1 7 5 。C 下不同s n 含量M g - 6 A 1 合金的抗拉强度和延伸率，得出 M g ．f o A l 合金的力学性能随s n 含量的变化关系。结果表明，随着s n 含量的增加。M g - 6 A t 合金的抗拉强度和延伸率均先增加后降 低，且均在s n 含量为1 ％时取得最大值。加入适量的s n 町改善M g - 6 A I 合金的显微组织，从而提高其力学性能。 关键词金属材料；M g - 6 A I 合金；S n ；抗拉强度；延伸率 中图分类号T G l 4 6 ．2 2 ；T G l l 3 ．2 5文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 0 0 4 0 0 0 1 0 3 镁合金由于具有低密度、高比强度、高比刚度、 良好的阻尼减震性能、优异的机械加工性能和良好 的铸造性能，在汽车、电子和航空工业等领域得到广 泛的应用“。。然而，镁合金高温性能较差，这严重 制约了其应用范围进一步扩大。另一方面，稀土元 素和碱土元素之外的元素 如S n 和s b 等 由于具 有细化合金组织、提高力学性能以及提高合金的抗 氧化和蠕变性能等作用，在镁合金等金属材料中的 应用日益增多D “o 。 M g ．A 1 系合金是应用最为广泛的耐热镁合金之 一，但是其高温性能相对较低。用S n 进行合金化是 提高镁合金高温性能的主要措施之一，也是近年来耐 热镁合金研究领域的一个新的进展。在此基础上，研 究了S n 对M g - 6 A 1 合金在高温下的拉伸强度和延伸 率等力学性能的影响，旨在为改善镁合金的力学性能 和拓宽镁合金的应用领域提供思路和依据。 1实验方法 研究对象为M g - 6 A I 合金，s n 含量依次为0 ， 0 ．5 ％，1 ％，1 ．5 ％，2 ％。试验选用的原材料为纯镁 锭、纯铝锭、纯锡块。 熔炼设备为感应炉，额定功率为4 0 k W 。将原 材料放入刚玉坩埚中加热，所有原料装炉前均要在 1 5 0 。C 下进行烘干。在熔化过程中采用s F 。 C O 体积比1 1 0 0 混合气体进行保护，以防止镁合金 的氧化和燃烧。当温度升到7 2 0 。C 时，保温一段时 收稿日期2 0 0 8 1 0 2 9 作者简介李萍 1 9 7 8 一 ，女，河南洛阳市人，讲师，硕士，主要从 事力学和材料学等方面的研究。 间 1 0 m i n 后，开始浇注。 试块采用金属型铸造，尺寸为1 8 0 m mX2 0 r a m X1 5 0 t u r n 。然后进行固溶时效处理。固溶工艺为 4 2 0 ℃X2 0 h ，水淬，时效工艺为2 0 0 ℃1 4 h ，空冷。 机加工后的拉伸试样为圆柱形，标距直径为5 m m 。 标距长度为2 5 r a m 。选用岛津A G I2 5 0 K N 电子拉 伸试验机进行拉伸试验，试验温度为1 5 0 ％和 1 7 5o C 。用J S M 5 6 1 0 L V 扫描电镜进行拉伸断口观察 与分析，用O L Y M P U S 光学显微镜进行显微组织观 察与分析。 2 试验结果与分析 M g - - 6 A I 合金在不同温度下的力学性能测试结 果如表1 所示。从表1 可以看出，无论是在1 5 0 ℃ 还是在1 7 5o C 下，随着s n 含量的增加，M g - 6 A I 合金 的抗拉强度和延伸率的变化规律大致相同，均呈现 出先增加后降低的变化趋势，且均在s n 含量为1 ％ 时取得最大值。由此可见，s n 的加入能在一定程度 上改善M g - 6 A 1 合金的高温力学性能。虽然在加入 S n 后，M g - 6 A I 合金的力学性能总体上表现出随温度 升高而降低的趋势，但仍然可以满足汽车、摩托车用 镁合金零部件的高温力学性能要求 使用温度 1 2 0 ℃时，o r h ≥3 5 7 0 M P a ，6 ≥3 ％。 。 表1M g - 6 A i 合金的力学性能 T a b l e1M e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fM g - 6 A Ia l l o y 万方数据 2 有色金属第6 2 卷 M g - 6 A I 合金的拉伸断口的扫描电镜形貌如图1 所示。无论是在1 5 0 c c 还是在1 7 5 “ 2 下，拉伸断口均 表现出韧性断裂的形貌特征。不含s n 的M g - 6 A I 合 金的拉伸断口的形貌类似河流花样，看不到韧窝，见 图l a ，因而抗拉强度和延伸率相对较低。随着 S n 含量的增加，s n 元素的加入对合金断口形貌的影 响相当明显，在S n 含量为1 ％时，拉伸断口的韧窝 明显增多，见图1 b 和图1 c ，韧性断裂的特征较 为明显，因而抗拉强度和延伸率都升高。随着S n 含 量的继续增加，可能是组织变化的原因，导致抗拉强 度和延伸率又降低。这与前面的力学性能测试结果 基本一致。 a 一0 ％S n ，1 5 0 ％； b 一1 ％S n ，1 5 0 “ C ； c 一l ％S n ，1 7 5 ℃ 图1M g - 6 A 合金的断口形貌 F i g ．1 F r a c t u r em o r p h o l o g i e so fM g - 6 A 1a l l o y M g - 6 A I 合金的显微组织如图2 所示。不含S n 的M g - 6 A I 合金的显微组织由灰白色基体相 “一M g 固溶体 、黑白相混的共晶相 a 卢一M g ，，A 1 。 组 成，M g 。，A I 。呈粗大块状和不连续网状分布在a 相 上，见图2 a ，从而破坏了合金基体的连续性，所以 此时合金的力学性能并不很高。随着S n 含量的增 加，生成了M g s n 颗粒相，由于M g S n 颗粒相熔点 3结论 高，热稳定性好，对基体具有有效的弥散强化作用， 合金中M g 。，A I 。相逐渐减少，晶粒变得细小，组织变 得均匀，在s n 含量为1 ％时表现得最为显著，见图2 b ，因而此时的力学性能达到最好。随着s n 含量 的继续增加，合金中的析出相M g S n 数量增多，尺 寸增大并有粗化、偏聚的趋势，见图2 c ，从而导致 合金的力学性能下降。 a 一0 ％S n ； b 一1 ％S n ； c 一2 ％S n 图2M g - A l 合金的显微组织 F i g ．2 M i e r o s t r u c t u r e so fM g - 6A Ia l l o y 1 随着s n 含量的增加，M g - 6 A I 合金在1 5 0 。C 和1 7 5 。 2 下的抗拉强度和延伸率均先增加后降低， 且均在S n 含量为l ％时取得最大值。 参考文献 2 拉伸断口均表现出韧性断裂的形貌特征， 且与力学性能的测试结果基本一致。 3 加入适量的s n 后，M g ．．6 A I 合金的显微组织 得到改善，力学性能得到提高，可满足高温下的应用 要求。 [ 1 ] 张清，李全安，文九巴，等．稀土在镁合金腐蚀防护中的应用[ J ] ．腐蚀科学与防护技术，2 0 0 7 ，1 9 2 1 1 9 1 2 1 ． [ 2 ] 闫蕴琪，张廷杰，邓炬，等．耐热镁合金的研究现状与发展方向[ J ] ．稀有金属材料与工程，2 0 0 4 ，3 3 6 5 6 1 5 6 5 ． [ 3 ] 张新明，彭卓凯，陈健美，等．耐热镁合金及其研究进展[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 4 ，1 4 9 1 4 4 3 1 4 5 0 ． 万方数据 第4 期 李萍S n 对M g - 6 A 合金力学性能的影响 3 [ 4 ] 刘英，李正元，张卫文，等．镁合金的研究进展和应用前景[ J ] ．轻金属，2 0 0 2 ， 8 5 6 6 1 ． [ 5 ] M o r d i k eBL ，E b e r tT ．M a g n e s i u m P r o p e r t i e s a p p l i c a t i o n s p o t e n t i a l [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 1 ，A 3 0 2 1 3 7 4 5 ． [ 6 ] 张诗昌，段汉桥，蔡启舟．主要合金元素对镁合金组织和性能的影响[ J ] ．铸造，2 0 0 1 ，5 0 6 3 4 3 9 ． [ 7 ] 刘红梅，唐永柏，黄德明，等．铸态M g S n 二元合金的显微组织与力学性能[ J ] ．四川大学学报 工程科学版 ，2 0 0 6 ，3 8 2 9 0 9 4 ． [ 8 ] 高鹏，吴玉锋，李建辉，等．s n 对A Z 6 1 镁合金微观组织与力学性能的影响[ J ] ．特种铸造及有色合金，2 0 0 6 ，2 6 1 2 7 9 7 7 9 9 ． E f f e c t so fS no nM e c h a n i c a lP r o p e r t i e so fM g - 6 A A l l o y L | P i n g D e p a r t m e n to f C i v i lE n g i n e e r i n g ，L u o y a n gI n s t i t u t eo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，L u o y a n g4 7 1 0 0 3 ，R e n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h et e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g a t i o no fM g - 6 A 1a l l o yw i t hd i f f e r e n tc o n t e n to fS na t1 5 0 。Ca n d1 7 5 ℃a r e i n v e s t i g a t e db yt e n s i l et e s t ．s ，f r a c t u r ea n a l y s i sa n dm i c r o s t r u c t u r eo b s e r v a t i o n ，a n dt h er e l a t i o nb e t w e e nS na n dt h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fM g - 6 A 1a l l o yi so b t a i n e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h et e n s i l es t r e n g t ha n dt h ee l o n g a t i o no f M g - 6 A 1a l l o ya r ei n c r e a s e da tf i r s ta n dt h e nd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fS nc o n t e n t ．A n dt h ep e a k sa p p e a ra t1 ％ S n ．W i t ht h es u i t a b l ec o n t e n to fS n ，t h em i c r o s t r u c t u r eo fM g - 6 A Ia l l o ycanb ei m p r o v e da n dt h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e sc anb ep r o m o t e d ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；M g - 6 A 1a l l o y ；S n ；t e n s i l es t r e n g t h ；e l o n g a t i o n 万方数据