Mg-Si二元合金的制备及Si对AZ31组织和性能的影响

论文摘要

Mg2Si作为提高镁合金高温性能的有效强化相,具有高硬度,高熔点,高弹性模量,低密度,低热膨胀系数等特点。本文根据4Mg+SiO2= Mg2Si+2MgO化学反应的原理,以Mg和SiO2为原料设计并制备Mg-Si二元合金。利用研制的Mg-Si二元合金,采用普通凝固法制备Mg2Si/AZ31合金。使用光镜（OM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、拉伸实验、硬度测试等方法观察显微组织,测试性能。经分析得到如下结论：1、以纯镁和高纯度石英粉,石英砂,普通玻璃粉为原料制备Mg-Si二元合金。制备出的过共晶合金组织一般是由初生Mg2Si相、（Mg2Si+a-Mg）共晶组织和α-Mg相不同比例组成。分别以高纯度石英粉,石英砂,普通玻璃粉为原料,浇注温度760-℃制备Si含量（配入量）10%的合金,高纯度石英粉的吸收率59.2%,石英砂吸收率47.2%,普通玻璃粉吸收率28%。原料中Si含量越高,越易得到高Si含量的Mg-Si二元合金；原料粒度越细,越易获得高Si含量的Mg-Si二元合金。2、利用研制的Mg-Si二元合金,采用普通凝固法制备了Mg2Si/AZ31合金。Sb对Mg2Si/AZ31合金中初生Mg2Si相有明显的细化作用。在AZ31-4.0Si合金中加入2%的Sb,合金中的初生Mg2Si可以完全转变成共晶Mg2Si。3、Si含量对Mg2Si/AZ31合金的力学性能有明显的影响,随着Mg2Si/AZ31合金中Si含量的增加,Mg2Si的体积分数提高,合金的硬度提高,抗拉强度和伸长率下降；Mg2Si颗粒越细小,合金的抗拉强度和伸长率越高。通过后续加工,细化Mg2Si有望获得高温性能好的Mg2Si/AZ31合金。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金中主要合金元素的作用
• 1.2.1 Al
• 1.2.2 Zn
• 1.2.3 Sb
• 1.2.4 Si
• 1.2.5 Sn
• 1.2.6 稀土元素
• 1.3 主要高温镁合金
• 1.3.1 镁铝系
• 1.3.2 镁锌系
• 1.3.3 镁稀土系
• 1.4 镁合金的强化机制和途径
• 1.4.1 细晶强化
• 1.4.2 固溶强化
• 1.4.3 析出强化
• 1.4.4 弥散强化
• 1.5 Mg-Si合金的研究现状
• 2Si的应用'>1.5.1 Mg₂Si的应用
• 1.5.2 Mg-Si的制备技术
• 1.6 本课题的研究意义、目的及内容
• 1.6.1 本课题研究意义、目的
• 1.6.2 本课题的研究内容
• 2 热力学计算
• 2.1 概述
• 2.2 计算原理
• 2.3 计算过程
• 2.4 小结
• 3 实验方法
• 3.1 实验材料
• 2Si/Mg合金的制备'>3.1.1 原位自生Mg₂Si/Mg合金的制备
• 3.1.2 普通凝固制备AZ31-Si-Sb合金
• 3.2 样品分析方法
• 3.2.1 金相组织观察
• 3.2.2 XRD物相分析
• 3.2.3 扫描电镜分析
• 3.3 性能测试
• 4 Mg-Si二元合金的制备及组织
• 4.1 Mg-Si二元合金组织
• 4.1.1 以纯镁和高纯度石英粉为原料制备的Mg-Si二元合金
• 4.1.2 以纯镁和石英砂作为原料制备Mg-Si二元合金
• 4.1.3 以纯镁和普通玻璃粉作为原料制备Mg-Si二元合金
• 4.2 分析讨论
• 4.2.1 工艺、成分、原料对合金组织的影响
• 4.2.2 非平衡结晶组织
• 4.2.3 孪晶
• 4.3 小结
• 2Si/AZ31的组织和性能'>5 Mg₂Si/AZ31的组织和性能
• 5.1 前言
• 2Si/AZ31合金组织'>5.2 Mg₂Si/AZ31合金组织
• 5.2.1 铸态AZ31-1.0Si-0.5Sb合金
• 5.2.2 铸态AZ31-2.0Si-1.0Sb合金
• 5.2.3 铸态AZ31-3.0Si-1.5Sb合金
• 5.2.4 铸态AZ31-4.0Si-2.0Sb合金
• 5.2.5 铸态AZ31-4.0Si合金
• 5.3 力学性能
• 5.3.1 硬度
• 5.3.2 拉伸性能
• 5.3.3 拉伸断口形貌分析
• 5.4 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表论文