RE系镁合金不同温度下金相组织与性能分析

韩涛

摘要：本课题采用挤压成形工艺制备完整的镁合金棒材，对试样进行了四种不同温度、三种不同保温时间的固溶处理。在挤压过程中截取镁合金试样进行金相组织分析，并分析各个固溶温度固溶时间下的显微组织。通过镁合金金相组织图片可知，MG-RE镁合金的晶粒迟钝随着温度的升高而变得细化，在350℃，保温时间为2h时，晶粒度达到最佳，因此通过此条件的固溶处理能够提高镁合金的塑性变形能力，极大地减小镁合金在变形过程中基体材料产生缺陷的机率。

关键词：镁合金;晶粒尺寸;组织分析

Abstract： In this project， a complete magnesium alloy bar is prepared by extrusion molding， and solution treatment of the sample is carried out at four different temperatures and three different holding times. During the extrusion process， the magnesium alloy sample is intercepted for metallographic structure analysis， and the microstructure at each solution temperature and solution time is analyzed. According to the metallographic structure of the magnesium alloy， the grain retardation of the MG-RE magnesium alloy becomes finer as the temperature increases. At 350°C and the holding time is 2h， the grain size is optimal， so this conditional solution treatment can improve the plastic deformation ability of the magnesium alloy and greatly reduce the probability of defects in the matrix material during the deformation of the magnesium alloy.

Key words： magnesium alloy;grain size;structure analysis

1  鎂合金简介

金属镁一般不以纯金属形态存在于自然环境中，其基体中会含有一些其他的合金元素如铝、锰、锌、硅等。金属镁的主要特点是散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨性能，另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。而镁合金具有密度小，比强度高，弹性模量大，耐腐蚀性能好。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金。

镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻的，在不减少零部件的强度下，可大大减轻零部件的重量。在弹性范围内，镁合金具有良好的抗震减噪性能。在相同载荷下，减振性是铝的100倍，钛合金的近500倍左右。所以，镁合金是应用于LED及灯饰，汽车应用零部件，及其他高强度，高韧性配件的理想材料。

2  镁合金应用及发展现状

到目前为止，金属镁最大的用途之一是加入到铝中作为合金元素以提高其硬度和抗腐蚀能力。近几年以来，金属镁及其合金目前越来越多地通过挤压变形工艺，重力铸造、砂模或金属模、锻造和轧制等方法制造结构材料。如汽车上的发动机外壳，变速箱外壳，家用和通讯电器的外壳等。另外镁合金质轻的特点使其在军事、交通和航空航天工业上获得了越来越广泛的应用。典型的铸造镁合金零件有直升飞机的变速箱、飞机进出气口、发动机箱体、变速闸等。

3  本课题的内容与方案

3.1 实验材料

本实验选用MG-RE系列镁合金。在这个镁合金牌号中，合金元素RE为混合稀土。其成分主要包括金属镁、稀土元素钕、稀土元素钇以及锆质量分数约为36%的镁锆合金。在本实验的研究过程中用到六氯乙烷作为镁合金熔炼的精炼剂，在镁合金液态金属中能够与氯、碳等元素发生冶金反应，起到精炼的作用。冶金反应过程如下所示：

C2Cl6精炼的主要问题是在坩埚底部较大范围内产生絮状的悬浮性熔渣，其主要成分是MgCl2和MgO。解决办法是通氩气再进行吹洗，使熔渣上浮、下沉。

3.2 实验设备

本实验所采用的固溶处理设备为ZG25型电阻炉（如图1），经过细磨抛光的镁合金显微组织组织用XJL-02型立式金相显微镜进行分析。

3.3 实验过程

热挤压后的棒材，制成12个金相试样，在固溶温度分别为300℃、350℃、380℃、420℃，保温时间分别为1h、2h、4h条件下进行固溶处理。

3.4 组织观察

经过大挤压比变形之后的MG-RE镁合金，需将其加工成试样并对其进行粗磨、精磨、粗抛以及精抛四道工序。在进行显微组织观察之前，需用浓度为3-5%的硝酸酒精溶液对试样表面进行腐蚀，并将其妥善放置于脱脂棉中，以备组织观察。随后利用XJL-02型金相显微镜进行组织观察。

4  分析固溶处理对MG-RE镁合金组织性能的影响

本实验所采用的MG-RE镁合金试样是经过大挤压比挤压成型的镁合金棒材。镁合金由铸态经过挤压以后，其内部组织发生改变，晶粒得到细化，但是其晶粒度尺寸仍然较大，镁合金的塑性变形没有得到完全的改善，本实验针对镁合金内部晶粒度大小而进行固溶处理，目的是使其内部合金元素得到均匀分配，调整物相分布平衡，最终获得良好的镁合金塑性变形能力。

为了研究不同加热温度和不同保温时间下对镁合金组织的影响，选取12个挤压件进行如下实验方案，见表1。

图2、图3、图4、图5分别给出不同固溶处理温度不同保温时间下镁合金组织的变化，可见在不同固溶处理温度条件下，固溶处理温度和时间的变化对组织晶粒大小影响极大，在低温下固溶处理，时间的变化对晶粒大小的影响较小，当固溶温度达到350℃、380℃后，组织明显细化，当温度达到420℃时，晶粒反而长大。

用四种温度（300℃、350℃、380℃、420℃）进行固溶处理，三个时间（1h、2h、4h）保温，目的在于比较不同固溶温度和时间的组合效果。

经过各种固溶温度和时间处理后的组织，如图2、图3、图4、图5所示。从固溶试验后的金相照片来看试样的晶粒形态并没有明显变化，经过300℃固溶处理后的组织中，析出物量减少，呈断续分布。与300℃系列试样相比，在350℃下进行固溶处理，析出物数量继续减少，呈离散状分布于基体晶界处，在此温度下保温不同时间，晶粒减小幅度较大，特别是在350℃下保温2小时，晶粒细小且分布均匀，析出相也较均匀的分布于基体的晶界处。在此温度下，当保温时间为4h时，镁合金内部晶粒有长大趋势。

当温度升高到380℃时，通过380℃下保温1h/2h/4h的金相組织的图像可知，随着保温时间的增加，镁合金晶粒有逐渐长大的趋势。这是由于镁合金内部晶粒随着温度的升高发生再结晶反应，导致其晶粒度增大。当固溶温度为420℃时，晶粒继续长大，当保温4h时，镁合金的晶粒度达到最大，呈现片状，这显然降低了镁合金的塑性变形能力。此时经过420℃固溶处理后的试样，一些高温难熔的合金相析出，使得镁合金的晶粒度达到最大化。

经过四种不同固溶处理温度，12种不同固溶处理时间的MG-RE镁合金组织会发生明显不同的变化。当固溶处理温度为350℃，保温时间2小时时，镁合金内部晶粒晶界处已经看不到明显的成分偏析。这说明选择合适的固溶处理温度以及适当的保温时间可以更好地消除晶界偏析。但是继续增加固溶处理温度及时间，晶粒就会明显长大，晶粒过大同样会影响合金元素的塑性。

5  结论

固溶处理后的镁合金组织及力学性能均得到改善，固溶温度为350℃，保温时间为4h时，晶粒尺寸最小，可达到30μm。固溶温度为350℃，保温时间为2h时，镁合金的晶粒度大小均匀分布，组织性能最好。

参考文献：

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