热处理对Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金微观结构与力学性能的影响

doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000464

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以铸态Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金为研究对象，采用热处理正交实验研究不同热处理工艺对合金组织形貌和力学性能的影响。结果表明：铸态Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金主要由镁基体（α-Mg）和共晶第二相构成；各因素对平均晶粒尺寸的影响顺序为：固溶时间>时效温度>时效时间；各因素对合金抗拉强度的影响顺序为：时效温度>固溶时间>时效时间；各因素对合金断后伸长率的影响顺序为：固溶时间>时效温度>时效时间。获得较好综合力学性能的最优热处理工艺为：固溶温度540℃，固溶时间12h，时效温度200℃，时效时间10h。断口形貌分析表明，铸态合金的断裂方式为准解理断裂；时效态合金的断裂方式比较复杂，包括准解理断裂、解理断裂、沿晶断裂。

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关键词 ： Mg-Sm-Zn-Zr合金, 热处理, 正交实验, 微观结构, 力学性能

Abstract：

The effect of different heat treatment processes on the microstructure and mechanical properties of the as-cast Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr alloy was investigated by orthogonal test. The results show that the as-cast Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr alloy mainly consists of magnesium matrix (α-Mg) and eutectic second-phase; the order of influence of each factor on the average grain size is:solution time > aging temperature > aging time; the effect order of each factor on the tensile strength of the alloy is:aging temperature > solution time > aging time; the influence order of each factor on the elongation of the alloy after fracture is:solution time > aging temperature > aging time. The optimum heat treatment process with good comprehensive mechanical properties is as follows:the solution temperature is 540℃, the solution time is 12h, the aging temperature is 200℃, the aging time is 10h. The analysis of fracture morphology shows that the fracture mode of the as-cast alloy is quasi-cleavage fracture; the fracture modes of the aged alloys are complex, including quasi-cleavage fracture, cleavage fracture and intergranular fracture.

Key words： Mg-Sm-Zn-Zr alloy heat treatment orthogonal test microstructure mechanical property

收稿日期: 2016-04-17 出版日期: 2018-11-19

中图分类号:

TG146.2

基金资助:国家自然科学基金项目(51364032)

通讯作者: 郭瑞华 E-mail: grh7810@163.com

作者简介: 郭瑞华(1978-), 女, 硕士, 副教授, 主要从事先进镁合金材料研究, 联系地址:内蒙古自治区包头市昆都仑区阿尔丁大街7号内蒙古科技大学材料与冶金学院(014010), E-mail:grh7810@163.com

引用本文:

郭瑞华, 李振亮, 李慧琴, 樊易, 刘玉乾. 热处理对Mg-5Sm-0.6Zn-0.5Zr合金微观结构与力学性能的影响[J]. 材料工程, 2018, 46(11): 125-133.
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链接本文:

http://jme.biam.ac.cn/CN/10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000464 或 http://jme.biam.ac.cn/CN/Y2018/V46/I11/125

Table 1 不同热处理工艺的L9(3⁴)正交实验表

Fig.1 不同固溶温度的固溶态合金组织
(a)530℃; (b)540℃; (c)550℃

Fig.2 铸态合金的金相组织

Fig.3 铸态合金的XRD结果

Fig.4 铸态合金扫描分析

Table 2 铸态合金能谱分析(原子分数/%)

Fig.5 不同热处理制度下合金的金相显微组织
(a)540℃/8h+180℃/5h;(b)540℃/10h+180℃/10h; (c)540℃/12h+180℃/15h;(d)540℃/12h+200℃/5h;(e)540℃/8h+200℃/10h；(f)540℃/10h+200℃/15h; (g)540℃/10h+220℃/5h;(h)540℃/12h+220℃/10h;(i)540℃/8h+220℃/15h

Table 3 热处理正交实验安排及晶粒尺寸相关参数统计结果

Table 4 合金热处理后平均晶粒尺寸的极差分析

Fig.6 各因素对合金平均晶粒尺寸的影响
(a)固溶时间；(b)时效温度；(c)时效时间

Fig.7 不同热处理工艺下合金晶粒尺寸分布直方图
(a)540℃/8h+180℃/5h;(b)540℃/10h+180℃/10h; (c)540℃/12h+180℃/15h;(d)540℃/12h+200℃/5h;(e)540℃/8h+200℃/10h;(f)540℃/10h+200℃/15h;(g)540℃/10h+220℃/5h; (h)540℃/12h+220℃/10h;(i)540℃/8h+220℃/15h

Table 5 热处理正交实验安排及拉伸测试结果

Table 6 合金热处理后抗拉强度的极差分析

Fig.8 各因素对合金抗拉强度的影响
(a)固溶时间; (b)时效温度; (c)时效时间

Table 7 合金热处理后断后伸长率的极差分析

Fig.9 各因素对合金断后伸长率的影响
(a)固溶时间; (b)时效温度; (c)时效时间

Fig.10 铸态合金拉伸断面的典型SEM形貌

Fig.11 时效态合金拉伸断面的典型SEM形貌
(a)540℃/8h+180℃/5h;(b)540℃/10h+180℃/10h;(c)540℃/12h+180℃/15h; (d)540℃/12h+200℃/5h;(e)540℃/8h+200℃/10h;(f)540℃/10h+200℃/15h;(g)540℃/10h+220℃/5h; (h)540℃/12h+220℃/10h;(i)540℃/8h+220℃/15h

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