镁合金AZ91D性能探究

2022-09-25

1 AZ91D中各种成份的影响

AZ91D的物性表:如表1所示。

AZ91D中铝是组源, 铝成份的作用在于提供强度、硬度、铸造性, 但太多会造成脆裂, 铝量约为6×102时, 综合性能最差, 这是对应实际结晶温度间隔最大的区域, 其后随着了铝量的增加, 结晶温度间隔逐渐缩小, 凝固时a (Mg) +r (Mg4Al3) 共晶体量则逐渐增多, 使铸造性能不断改善。同时共晶体量增多, 相对缩短凝固时间, 也能减缓固晶体晶粒的长大, 也有利于改造铸造性能。铝量大于8×102时, 铸造性能已经比较好了, 但当铝量大于9×102时, 合金Qb.&却发生急剧下降, 其原因是铝量过多时, r相完全溶入a固溶体, 所需的保温时间将急剧增长。在通常的热处理加热保温时间内, 其组织中常残留有未溶的脆性r相分布a基体的晶界, 使机械性能显著下降, 这种保温时间急剧增长的原因是:铝原子向a中溶解和扩散是靠空位进行的, 当融入a中的铝原子很多时, 空位大量被消耗, 空位浓度降到监界值以下, 加上浓度梯度也减小, 故扩散变的十分缓慢, 同时铝量较高时, 凝固组织中的r相较为粗大, 数据较多, 也使溶解变慢, 因此从机械性能来说, 铝量一般不大于9×102。Mg-Al合金T6状态的情况与T4状态相似, 只是T6的屈强度较高而伸长率较低, 故上述结论同样适用于T6状态。

综上所述, 为兼顾合金的机械性能和铸造性能, 铝量应取8×102~9×102。但在实际生产中, 由于Mg-Al相图上有较大的结晶深度间隔, 容易产生偏析使铸件厚壁后凝固的合金液中含铝量较多;同时厚壁处冷却却慢, 晶粒较为粗大;这样使铸件内的r相数量增多又较粗大。在热处理时厚壁处的r相常不能完全溶解, 显著降低该处的机械性能。为防止和减轻这种情况, 对厚壁铸件通常将铝量控制为较低量。

2 锌的影响

锌在镁中的溶解度较大, 在二元共晶温度达到34℃时可达6.2×102。当加入MgAl系中量少时, 可显著增加室温时铝在镁中的固溶度, 约为2×102增大至4×102, 故增大了固溶强化作用。实验指出, 在Mg-Al合金加入少量锌, 能大大提升合金的抗蚀性和T6状态下的屈服强度Q0.2, 对Qb.Q0.2也有所提高, 但另一方面却显著增大了合金的结晶温度间隔, 例如在Mg-8.5×102Al合金加入2×102Zn, 其不平衡结晶温度间隔可增大40℃~50℃, 因而增大了热裂、缩松的倾向, 故含锌量都在1×102。

3 锰的影响

合金中加入少量的锰可提高抗蚀性。因锰在镁液中易与铁形成高熔点的Mn-Fe化合物从镁液中沉淀出去, 减小了杂质铁对抗蚀性的危害;同时锰融入a (Mg) 提高了它的电位, 使其不易被腐蚀。锰还对细化晶粒有利。但锰量不能太多, 否则会引起锰偏析, 它的脆性对合金的塑性、冲击韧性有不利影响。所以通常锰量通常应不大于0.5×102。

4 杂质矽、铜、铁、镍、钴的影响

此系合金中这些元素均为有害杂质都降低了合金的抗蚀性, 因为它们在镁中的固溶度很小, 微小含量就足以在a晶界上生成与基体有较大电位差的不容相。有害程度按上列次序逐渐增大, 故合金中含量的限制亦依次严格。矽、铜还降低了合金的塑性, 因热处理时形成不溶的Mg2Si、Mg2Cu脆性相, 铁、矽最易在熔铸工艺过程中侵入合金, 熔炼是高温镁液长时间和钢钳鐹等工具接触, 铁在镁液中又有一定得溶解度故很难杜绝铁侵入镁中, 可加入一定量的锰出去铁。型砂中SiO2与镁液中还原出的矽易进入合金, 应注意将炉料中的型砂清除干净。