Mg-4Zn-1Mn镁合金均匀化热处理及导热率.docx

Mg-4Zn-1Mn镁合金均匀化热处理及导热率 采用光学显微镜、X射线衍射、布氏硬度测试、扫描电镜、能谱分析等方法,研究新型Mg-4Zn-1Mn(ZM41)镁合金在铸态和不同热处理状态下的显微组织、成分、硬度变化规律用激光闪射法测定其不同状态的热扩散系数,计算得到导热率值以空位扩散机制为根底,研究均匀化扩散动力学过程,建立此合金的均匀化扩散方程结果说明:铸态组织枝晶偏析严重,晶界上有许多粗大的Mg7Zn3非平衡结晶相,Mn以单质形式存在于合金中经370℃×12 h均匀化热处理后,大部分的Mg7Zn3相已溶入基体根据实验结果和均匀化动力学计算,确定最正确均匀化处理工艺为370℃×12 h该合金室温导热率值为125.5 W/(m.K),比常见的镁合金如AZ系、AM系、AS系等的导热性能高出1倍左右 Mn、Zn 是镁合金中广泛使用的合金化元素，比照Mg-Al 和Mg-Zn 二元系相图［1］，Al 在镁中的最大固溶度为12. 7% ，共晶温度为437 ℃，Zn 在镁中的最大固溶度为6. 2% ，共晶温度为340 ℃Mg-Zn 合金均匀化热处理温度低，固溶强化和时效硬化效率高，生产更为安全。

在Mg-Zn 二元合金中参加Mn，可以提高镁合金的耐热性和耐蚀性由此研发出的一系列新型高强度高韧Mg-Zn-Mn 系变形镁合金，具有密度低，较高的比强度和比刚度，耐蚀性好，且不含稀土元素，价格低廉，因此备受关注，在很多领域如汽车、航空航天等具有很好的应用前景［1-3］ 在航空航天的应用中，镁合金的热学性能非常重要，热导率是热学性能重要性能之一然而，相比力学性能，有关镁合金热学性能的报道却很少据文献报道［4-7］，纯镁热导率为155 W/ ( m·K) ，AM50A 的热导率为65 W/ ( m·K) ，AS41A 的热导率为68 W/ ( m·K) ，AZ91 热导率为58. 6 W/ ( m·K) ，Mg-2Zn-2Y 合金的热导率为53 W/ ( m·K) 本文将测定Mg-4Zn-1Mn 镁合金的室温热导率，为后续研究做准备均匀化热处理是在较高温度下使未溶相溶解和扩散，以消除低熔点共晶组织、改善枝晶偏析、提高合金的塑性变形能力，同时提高合金元素在基体中的固溶程度，为热变形过程和时效处理中的沉淀析出做好组织准备［1，8］均匀化过程中Mg7 Zn3相的溶解是控制合金组织性能的关键因素。

在其它合金［9］ 中，扩散动力学方程的计算对均匀化热处理参数的制定可提供理论参考，而本合金数据较少，关于该合金的动力学模型尚未见报道 本文以Mg-Zn-Mn 镁合金的均匀化热处理工优化为目标，对成分为Mg-4Zn-1Mn 的镁合金的均匀化热处理开展研究并以空位扩散机制为根底，研究Mg-4Zn-1Mn 合金中Zn 元素的扩散过程，根据扩散动力学方程绘制出均匀化过程的温度时间关系图，为此合金的均匀化处理提供理论依据 实验材料和方法 合金制备 实验合金为Mg-4Zn-1Mn 镁合金，经5 kW 井式炉680 ～ 720 ℃熔炼而成，其中Mn 以Mg-Mn 中间合金参加，Zn 以纯金属的方式参加其实际成分质量分数为: Z4. 06% ，Mn1. 08% ，其余为Mg 和微量杂质将合金铸锭用线切割沿铸锭同心圆位置切成12 mm × 12 mm × 10 mm 的试样，开展热处理和微观组织分析 实验方法 采用NETZSCH STA 409 C /CD 热分析仪来测定铸态合金的差动扫描热分析曲线，如图1 所示，升温速率为10 ℃ /min可以发现ZM41 镁合金的低熔点相变区间为337. 5 ～ 362 ℃，在此温度范围内伴随金属间化合物的分解和形成。

根据均匀化退火经验公式，Tc =0. 9 － 0. 95Tm，由此确定均匀化温度为310、330、350 和370 ℃，处理时间分别为4、8、12、16、20 和24 h对均匀化后的试样开展150 ℃ × 10 h 的时效处理在CarlZeiss Axiovet 2000MAT 金相显微镜和ZeissEVO18 扫描电镜上开展微观组织观察采用XPert PRO 多晶X 射线衍射仪和能谱分析开展物相鉴定和微区成分分析硬度测试在HBS-62. 5 型小负荷布氏硬度计上开展，加载时间为30 s，重复4 次取平均值 在室温下用NetzschLFA 447 激光闪射法测试ZM41 合金的热扩散系数在测量前，合金表面用碳涂层涂黑以便提高光脉冲的吸收，根据ASTM E1461-01 标准开展试验用排水法测样品的密度热导率用下面的热扩散、比热容公式得到: k = α·ρ·Cp其中α 为热扩散系数，ρ 为密度，Cp为定压比热容在室温下测定将铸态合金的电阻率，分别加热至100、150、200、250、300 和350 ℃，保温2 h 后淬火后测其室温( T = 20 ℃) 电阻率，根据电阻率差值确定ZM41 镁合金的空位生成焓，为计算扩散激活能提供实验数据。