热变形含镁Zn-Cu-Ti合金组织性能研究

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我国富锌少铜,在更广泛领域实现“以锌代铜”、“以锌节铜”符合国家战略需求。作为铜合金替代材料的Zn-Cu-Ti具有安全无毒、质轻价廉等一系列优点,已被广泛应用在机械制造、汽车制造等领域。本文拟将热挤压与多道次热轧工艺进行结合来加工Zn-Cu-Ti板材来提高合金板材的综合力学性能。同时,为减少腐蚀所带来的经济损失及资源浪费,提高Zn-Cu-Ti合金板材的耐腐蚀性能也迫在眉睫。本文从现实需要出发,通过研究合金元素Mg对Zn-Cu-Ti合金板材综合力学性能及腐蚀性能的影响,分析合金元素Mg对于合金微观组织影响及腐蚀机理,为Zn-Cu-Ti-Mg合金的规模化应用提供理论支持。合金经过热挤压之后,基体呈现为等轴晶状,与铸态相比基体中晶粒尺寸降低,第二相质点增多。合金在热挤压过程中基体组织发生动态再结晶。由于合金热挤压变形时间短,基体组织再结晶晶粒没有充分的时间长大,呈现细小等轴晶状。同时基体发生形变诱导析出,第二相质点增多。合金经过热轧之后晶粒存在部分长大,第二相数量随着合金变形量提升而增多。轧制变形量为70%时,合金抗拉强度为130.6MPa,比挤压态降低了11.46%;合金延伸率为8.34%,比挤压态提高了29.70%。主要由于合金板材基体中Cu的固溶强化作用的降低和晶粒长大软化作用提升。退火温度为210℃,合金板材具有最小的晶粒尺寸以及最多析出第二相,抗拉强度为比合金板材轧制态提升了16.05%。添加Mg元素之后,合金挤压态晶粒尺寸减小和第二相数量提升。在热挤压时,Zn基体发生形变诱导析出,Mg元素与Zn元素易形成析出相。加入Mg元素后,合金板材在晶界以及晶内发现很多第二相,沿线性分布。随着Mg元素的增加,合金中析出的第二相数量也随之增加。合金加入Mg元素后,抗拉强度轻微降低,延伸率大幅降低,主要由于富Mg相的大量析出降低了基体Cu元素的固溶程度,并且富Mg相为脆相,在塑性变形过程容易形成微裂纹,降低了合金的塑韧性。退火180℃处理时,基体中基本无第二相质点,晶界处存在很明显的过渡区,其抗拉强度为175.0MPa,提升了45.8%,延伸率略有提升。电化学测试结果显示,添加0.15%Mg后,合金的自腐蚀电流从27.30×10-5A/cm~2降低到24.32×10-5A/cm~2,说明Mg添加可以提高Zn-0.75Cu-0.15Ti合金板材的耐腐蚀性能,这归因于组织中难溶解富Mg相的析出。随着腐蚀时间的延长,合金板材耐腐蚀能力呈先降再升的趋势。就腐蚀产物形貌而言,从初期的片状过渡到苞状再到稳定的球状。加Mg合金板材腐蚀产物主要为Zn5(OH)8Cl2·H2O和Zn O。富Mg相的存在会在腐蚀的时候会抑制了Zn(OH)2向Zn O的转化。本论文包含图52篇,表12个,参考文献114篇。
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