论文摘要
铸态镁合金在凝固过程中由于成分偏析,最终凝固组织极不均匀,在晶界处析出连续网状的β-Mg17Al12相,制约了镁合金性能潜力的发挥。为此,本文选择了具有代表性的AZ91D镁合金铸锭,对其进行缓慢凝固处理、固溶时效处理和均匀化退火处理,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等观察合金的显微组织,利用X射线衍射仪、X射线能谱仪定性和定量地分析合金及微区成分,并对合金的布氏硬度、微区的显微硬度及抗拉伸、抗压缩性能等进行测试,对合金凝固过程和脱溶析出过程进行分析,探讨这三种方法对消除偏析β相,改善二次β相的析出形态及力学性能的影响。对AZ91D镁合金的铸锭组织观察和分析表明,β-Mg17Al12相以完全离异共晶、部分离异共晶、层片状及棒状共晶组织形态析出。铸态AZ91D经缓慢凝固处理后,β相由连续的网状分布逐渐变成断续的条块状分布,主要集中于晶界处。当凝固速度为0.0038K/s,组织中β相的体积分数由铸态的21.3%减少至2%,晶粒尺寸则由铸态的100μm增加到400μm,布氏硬度由铸态的67.5HB降低到40.7HB。铸态AZ91D在380℃固溶处理50h,β相仍没能完全固溶入基体,而400℃、420℃和450℃时固溶,合金达到完全固溶的时间分别为24h、16h和4h,但450℃时合金组织在很短时间内即过分长大;固溶处理后冷水冷却时会发生淬裂。铸态AZ91D经固溶处理后在200℃时效,在晶界及晶内先后出现了非连续脱溶和连续脱溶相,而在250℃时效处理时,合金中只出现非连续脱溶相;在200℃4h的时效组织中发现了无沉淀带:固溶过程均匀化程度对合金时效组织的影响重大。在420℃8h固溶后200℃时效处理,脱溶β相优先在未固溶的β相周围析出,此时析出相为近似平行分布的条状,而在420℃16h时,固溶程度提高,晶内析出相呈菱形片状较均匀地分布在基体中;对时效组织进行TEM观察发现了以前文献中没有提到的相互平行的层片状组织,该组平行的层片状组织沿基体的（（?）20（?））α面方向生长。铸态AZ91D经均匀化退火处理后,合金组织中偏析β相消失,随炉冷却过程β相二次脱溶析出;在380℃处理50h,β相未能均匀析出,而在400℃、420℃和450℃时,β相均匀析出时间分别为34h、24h和8h;在较低温处理较短时间时,合金均匀化程度较低,第二相析出形貌为针状或点状,在未固溶的β相周围及晶界处分布,当均匀化程度提高后,第二相以层片状形貌在晶内均匀析出:对AZ91D均匀化退火析出组织的衍射花样进行标定,初步分析表明,β相与基体之间没有特定的位相关系,并且β相的生长方向也没有特定规律。对AZ91D各处理状态下的力学性能测试结果表明,固溶后布氏硬度降低,由铸态的67.5HB降低至50HB,抗拉强度和抗压强度则分别由铸态的173MPa和221MPa提高到220MPa和274MPa,伸长率由铸态的2%增加到5.9%。断口形貌由铸态的脆性断裂转变为具有一定塑性变形的准解理特征的断裂;时效后合金硬度升高至81.6HB,抗拉强度增加到256MPa,伸长率降低至3%。断口形貌表现为典型的脆性断裂特征;均匀化退火处理后布氏硬度达78.9HB,抗拉伸和压缩强度提高到239MPa和306MPa,伸长率达10%.均匀化退火后拉伸及压缩试样断口中可以明显地看出组织中的层片状形貌。