关键词：
镁合金
AZ63镁合金
Sn
显微组织
力学性能
摘要：
AZ（Mg-Al-Zn）系镁合金是研究最深入和应用最广泛的商用镁合金系列。由于其成本低、比强度/比刚度高以及出色的电磁屏蔽性能等特点,AZ系镁合金在汽车工业、航空航天和电子3C等领域的应用日益普及。目前,在得到应用和研究的AZ系镁合金中,AZ63（Mg-6Al-3Zn-0.25Mn）镁合金被认为是一种有较大发展前途的铸造镁合金。然而,AZ63铸造镁合金的综合力学性能相比铸造铝合金和其他AZ系镁合金存在一定的差距,难以满足工业生产和应用要求。众所周知,合金化和/或微合金化以及热处理是提高AZ系铸造镁合金力学性能的重要方法。目前,针对AZ63铸造镁合金性能改善的合金化和/或微合金化研究主要集中在稀土元素上,而稀土元素较高的价格会导致合金成本增加。Sn因其在镁合金中显示出与稀土元素相似的固溶特性及其较低的成本,被认为是优化AZ63铸造镁合金综合力学性能的潜在合金元素。此外,探讨Sn合金化和/或微合金化对AZ63铸造镁合金的改性,以及通过特定的热处理工艺进一步增强合金性能的方法,对于发展高性能、低成本的AZ63铸造镁合金有着重要的理论意义和实际参考价值。
基于现有AZ63铸造镁合金的研究,为深入探究Sn的加入对AZ63铸造镁合金微观组织及其力学性能的影响,本研究采用了一系列检测方法,包括金相显微镜（OM）、X射线衍射（XRD）、配备能量色谱（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）以及差热分析（DSC）。此外,还进行了显微硬度测试和拉伸性能测试。本研究尤其对Sn添加以及不同添加量对第二相的类型、形态和分布等的影响进行了研究。主要研究结果如下:
1)未添加Sn元素的试验合金中,铸态组织主要由α-Mg基体和沿晶界呈网状分布的β-Mg17Al12相组成。当添加0.5-1.5wt.%的Sn后,合金的晶粒出现不同程度的细化,同时沿晶界呈网状分布的第二相逐渐破碎,组织中也开始出现颗粒状的Mg2Sn相。随着Sn含量从0.5wt.%增加到1.5wt.%,Mg2Sn相的数量和尺寸均呈增加趋势。总体而言,添加0.5-1.5wt.%Sn可有效改善合金的拉伸性能,尤其是抗拉强度和断后伸长率。然而,随着Sn含量从0.5wt.%增加到1.5wt.%,抗拉强度和断后伸长率呈先增加后减小趋势,而屈服强度无明显变化。在不同Sn含量的合金中,以含1.0wt.%Sn合金的室温抗拉强度和断后伸长率相对较佳,分别为210MPa和7.7%。
2)固溶处理对AZ63-xSn（x=0-1.5wt.%）试验镁合金的显微组织和力学性能具有一定影响。经过390-410℃×6-24h的固溶处理后,试验合金中的β-Mg17Al12相和Mg2Sn相逐渐被溶解于α-Mg基体中。另外,经过400℃×18小时的固溶处理后,试验合金的综合力学性能相较于铸态有所提升。随着Sn含量从0增加到1.5wt.%,室温抗拉强度和断后伸长率呈现先增加后降低的趋势。其中,添加1.0wt.%Sn的合金在固溶处理后表现出相对较佳的室温拉伸性能,抗拉强度和断后伸长率分别达到217MPa和8.2%。
3)单级时效处理对AZ63-xSn（x=0-1.5wt.%）试验镁合金的显微组织和力学性能产生显著影响。经过400℃×18小时固溶后,再进行180-220℃×8-64h的单级时效处理,会导致Mg2Sn相的弥散析出以及Mg17Al12相沿晶界的不连续析出。此外,片层状的Mg17Al12析出相会从晶界逐渐向晶内扩展,同时晶内还会发生连续析出,形成颗粒状的Mg17Al12相。此外,试验合金经400℃×18h固溶+200℃×40h时效处理后,其室温拉伸性能有较大提升,其中抗拉强度的提升尤为明显。且随着Sn含量从0增加至1.5wt.%,室温拉伸性能呈先增加后降低趋势,其中含1.0wt.%Sn合金单级时效处理后的室温拉伸性能相对较佳,其抗拉强度和断后伸长率分别达到243MPa和5.9%。
4)双级时效处理对AZ63-xSn（x=0-1.5wt.%）试验镁合金的显微组织和室温力学性能具有显著影响。与单级时效处理的试验合金相比,经400℃×18h固溶+200℃×40h+220℃×8h双级时效处理后的试验合金沿晶界不连续析出的层片状第二相和晶内连续析出第二相的数量均更多且更弥散。此外,经双级时效处理后的各成分试验合金均展现出较单级时效更高的抗拉强度,并且随着Sn含量从0增加至1.5wt.%,双级时效处理合金的室温抗拉性能呈现先增加后降低趋势,其中含1.0wt.%Sn合金室温拉伸性能相对较佳,其抗拉强度和断后伸长率分别达到了254MPa和6.1%。
