(镁合金铸态和挤压态组织观察)实验指导书
AZ31镁合金组织性能的影响分析
摘要挤压变形AZ31镁合金组织以绝热剪切条纹和细小的α再结晶等轴晶为基本特征。
挤压变形可显著地细化镁合金晶粒并提高镁合金的力学性能。
随挤压比的增大,晶粒细化程度增加,晶粒尺寸由铸态的d400μm减小到挤压态的d12μm(min);强度、硬度随挤压比的增大而增大,延伸率在挤压比大于16时呈单调减的趋势。
轧制变形使板材晶粒明显细化,硬度提高。
AZ31合金中添加Ce,其铸态组织中能够形成棒状Al4Ce相,并能改善合金退火态组织和力学性能;添加Ce可以改善AZ31的综合力学性能。
关键词:AZ31变形镁合金;强化机制；组织；性能绪论20世纪90年代以来,作为最轻金属结构材料的镁合金的用量急剧增长,在交通、计算机、通讯、消费类电子产品、国防军工等诸多领域的应用前景极为广阔,被誉为“21世纪绿色工程材料”,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点。
大多数镁合金产品主要是通过铸造生产方式获得,变形镁合金产品则较少。
但与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品消除了铸造缺陷,组织细密,综合力学性能大大提高,同时生产成本更低,是未来空中运输、陆上交通和军工领域的重要结构材料。
目前，AZ31镁合金的应用十分广泛,尤其用于制作3C产品外壳、汽车车身外覆盖件等冲压产品的前景被看好,正成为结构镁合金材料领域的研究热点而受到广泛重视。
第1章挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响1.1 挤压变形组织特征及挤压比的影响作用图1-1为动态挤压变形过程中的组织变化。
动态变形过程大致分为3个区域:初始区、变形区和稳态区，分别对应着不同的组织。
图1-1a为初始区挤压变形前的铸态棒料组织。
由粗大的α-Mg树枝晶和分布其间的α-Mg+Mg17Al12共晶体组成,枝晶形态十分发达，具有典型的铸造组织特征。
晶粒尺寸为112~400μm。
图1-1b为变形区近稳态区组织。
图中存在大量无序流线,流线弯曲度大、方向不定且长短不一，显然这种组织特征是在挤压力作用下破碎的树枝晶晶臂(α固溶体)发生滑移、转动的结果。
光镜观察镁合金
光镜观察镁合金
光镜观察镁合金是一种常用的方法，可以用来研究镁合金的微观结构和表面特征。
在光镜观察镁合金时，首先需要对样品进行抛光和腐蚀处理，以获得平整且无氧化层的表面。
然后将样品固定在光镜上，并使用显微镜进行观察。
通过调节显微镜的放大倍数和焦距，可以观察到镁合金的晶粒形貌、晶界和孔隙等微观结构特征。
此外，还可以使用具有不同增强功能的光镜（如偏光光镜、相差光镜等）来观察样品的显微结构和组织形态。
光镜观察镁合金可以提供有关样品的微观结构信息，从而对其力学性能和加工性能进行评估和分析。
此外，通过观察样品的表面特征，还可以研究镁合金的腐蚀行为以及其与其他材料的界面反应等问题。
总之，光镜观察镁合金是一种简单且有效的方法，可以用来研究镁合金的微观结构和表面特征，提供对其性能和行为的深入理解。
AZ80镁合金组织性能及其成型的关键技术
AZ80镁合金组织性能及其成型的关键技术引言金属镁始于1808年为人所知，直到1886年德国才开始将其用于工业领域。
镁有广泛的用途，主要包括烟火制造、冶金，化学、电化学和结构件的应用。
由于镁合金具有重量轻、比强度高、阻尼减振性好等优点，因而将其作为结构件被广泛地应用于航空航天、3C电子产品及交通运输等领域。
目前，这些结构件都以铸造件特别是压铸件的应用为主，高性能的变形镁合金材料还处于研发和推广阶段。
在变形镁合金中。
AZ80镁合金表现出最为优良的力学性能，通过合理改善其形变及热处理工艺能进一步提高其强度。
本文主要介绍镁合金、AZ80镁合金的组织性能和关特征及其成型的关键技术。
1 镁合金及AZ80镁合金的组织性能1.1 镁合金的特点镁合金和铝合金的合金化原理几乎相同，都是通过加入合金元素，产生固溶强化、时效强化、细晶强化及过剩强化作用，以提高合金的机械性能、抗腐蚀性能和耐热性能。
镁合金中常加入的合金元素有Al、Zn、Mn、Zr及稀土元素等。
Al在Mg中即可产生固溶强化作用，又可析出沉淀强化相Mg，Al有助于提高合金强度；Zn在Mg中除固溶强化作用外，也可产生时效强化相MgZn，但效果不如Al显著，一般需与其他合金元素同时加入；Mn加入Mg中主要为提高合金的耐热性和抗蚀性，改善合金的焊接性能；Mg中加入的少量Zr，除细化晶粒外，还从合金的成分来看，目前工业中应用的镁合金主要集中于Mg—Al—Zn、Mg—Zn—Zr、Mg—Re—Zn 和Mg一Re—Zr等几个合金系，其中前两个是发展高强镁合金的基础。
从生产工艺和性能的特点，上述镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金两大类，其编号采用汉语拼音字母加序号。
同一系列的镁合金既有可以作为变形合金，又有可以作为铸造合金：其中既可能含Zr又可能不含Zr。
因此，对于不同的镁合金，它的性质特点也会不相同。
金属镁及其合金是迄今在工程上应用的最轻的结构材料，具有其它金属材料不可替代的优越性，镁合金具有以下几个特点：(1)镁合金的比重小，是目前最轻的结构材料，其密度在1.75～1.859/cm³之间，约为铝合合密度的1/3～l/2，约为钛合金的1/3，不到钢密度的1/4。
热处理对AZ80镁合金组织
热处理对AZ80镁合金组织目录1 绪论 11.1 镁合金材料简介 11.1.1 镁合金的性能特点 11.1.2 镁合金的分类及合金元素的作用 11.1.3 AZ80镁合金的应用及研究现状 21.2 镁合金的热处理强化及其原理 41.2.1 退火51.2.2 固溶和时效 51.2.3 镁合金热处理工艺的研究现状 61.3 镁和镁合金的腐蚀与防护71.3.1 镁及其合金的腐蚀机理7.2 镁合金的防护 91.4 本课题研究的意义及内容101.4.1 课题研究的意义 101.4.2 课题研究的主要内容101.4.3 课题研究的主要方法102 实验方法与过程112.1 实验材料112.2 实验仪器112.3 热处理实验122.3.1 热处理原理122.3.2 热处理参数选择 122.4 显微硬度实验122.4.1 显微硬度原理122.4.2 硬度实验过程132.5 金相实验132.5.1 金相试样的制备 132.5.2 金相实验过程132.6.1 XRD实验原理132.6.2 XRD实验过程142.7.1 极化测试和电偶腐蚀的原理14 2.7.2 试样的封装152.7.3 极化曲线测试152.7.4 电偶腐蚀的测试 173 实验结果与分析183.1 硬度实验结果与分析183.2 金相实验结果与分析183.3 XRD实验结果与分析243.4 极化实验结果与分析253.5 电偶实验结果与分析274 结论 30参考文献31致谢331 绪论镁合金是目前工业应用中最轻的金属结构材料之一[1],具有较高的比强度、比刚度以及良好的铸造、减震、切削加工和尺寸稳定性等性能,早已引起了兵器工业和汽车工业的注意。
近年来,镁合金及其成形技术的研究应用已取得重要进展,镁合金的材料质量不断提高而生产成本持续下降,随着成形技术的日趋完善,镁合金在民用、航空、航天等领域都有很好的应用前景。
1.1 镁合金材料简介1.1.1 镁合金的性能特点金属镁及其合金是迄今在工程上应用的最轻的结构材料,具有其它金属材料不可替代的优越性,镁合金具有以下几个特点[2-8]:镁合金密度小,是金属结构材料中最轻的金属,可有效降低部件重量,节省能源。
AZ31镁合金铸态组织及其退火工艺研究
第26卷第4期弹箭与制导学报AZ31镁合金铸态组织及其退火工艺研究3李 艳1,刘奎立2,陈芳雷1(1中北大学,太原 030051;2周口师范学院,河南周口 466000)[摘要]文中以AZ31合金为研究对象,对其铸锭组织及其退火工艺进行研究,为AZ31镁合金由铸态组织直接塑性变形提供一定的参考依据。
[关键词]AZ31镁合金;铸态组织;塑性变形;退火工艺[中图分类号]TG16614 [文献标识码]AThe R esearch for C asting Organization and AnnealingT echnology of AZ31Magnesium AlloyL I Yan1,L IU Kui2li2,CH EN Fang2lei1(1North University of China,Taiyuan030051,China;2Zhoukou Normal University,Henan Zhoukou466000,China) Abstract:This article take the AZ31alloy as the research object,conducts the research to its casting organization and its the annealing technology,provides the certain reference for the direct plastic deformation f rom casting condition organi2 zation of AZ31magnesium alloy.K ey w ords:AZ31magnesium alloy;casting organization;plastic deformation;annealing technology1 引言为节约原材料,缩短加工工艺,提出由镁合金铸坯直接成形产品的方案。
镁合金的腐蚀试验
镁合金的腐蚀试验表面制备在各种腐蚀试验中，试验表面制备非常重要。
尤其做对比试验，要求表面状态是一样的。
铸造、挤压、膜压材料试验表面要求机械加工精度达到三，并且用酒精清洗，并在氯化钙干燥器中放置二十四小时。
为了避免残留加工时夹痕，机械加工后要立即清洗。
板材试样原则上讲要进行氧化处理，处理液组成：每升一百二十五到一百五十克的氧化铬、每升十五到二十克的硝酸钙或者硝酸钠，温度在三十五摄氏度到四十度之间，时间在五到十分钟之间。
在个别情况下，例如镁合金板材要和其他合金板材做对比，或者板材表面已经被不同杂质严重污染，那么试样表面要用二百二十号到二百四十号砂纸打磨，这种方法也适用于铸造、挤压和模压合金表面制备。
做对比试验去演方向要一致。
当研究表面状态对半成品耐蚀性影响的时候，试样表面制备要和成品一样处理。
对于评价氧化膜保护性能，要求不同方法氧化试验尺寸大小要一样。
试样表面不允许有划伤、压痕和其他机械损伤。
试样端面原则上讲都不密封。
潮湿箱试验潮湿箱大小、样式各异，但是试验条件必须保持一样。
试验溶液为百分之零点零零一的氯化钠，喷雾周期为每十五分钟喷三十秒，相对湿度控制在百分之九十五到百分之九十八，温度恒定在二十五摄氏度左右。
评价潮湿箱腐蚀试验结果有重量损失、强度损失和肉眼观察。
试验尺寸为五十毫米乘以一百毫米或者三十毫米乘以八十毫米，机械性能损失试样按照国家标准执行，每次试验试样个数不少于五个。
没有膜试验试验时间为一个月到一年，有人工无机膜的试验时间从三个域到三年。
重量损失计算实验前试验要沉重，精度达到零点零零二克。
试验后试验要放在百分之二十的氧化铬溶液中去除腐蚀产物，温度在十五摄氏度到二十五摄氏度之间，时间在五分钟到十分钟之间，直至腐蚀产物除净为止，而后清洗，在干燥箱中六十摄氏度干燥。
存放在氯化钙干燥器中二十四小时，称重。
同时与没有做腐蚀试验的原始试验与腐蚀试验同样做除腐蚀产物处理，用于校对试验结果。
腐蚀强度指标是腐蚀前重量减腐蚀后重量之差转化为单位面积单位时间失重。
合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察实验指导书
实验九合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察实验项目名称：钢在热加工后常见的缺陷实验项目性质：普通实验所属课程名称：金属材料与热处理实验计划学时：2一、实验目的1、观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征。
2、了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。
二、实验内容和要求合金钢的性能之所以比碳钢优越，主要是由于合金元素在钢中所起的作用，它们的加入改变了钢的内部组织与结构，其相变温度也是很大变化的。
铸铁的组织（除白口铸铁外）可以认为是钢的基体上分布着不同形态、尺寸和数量的石墨，其中石墨的形状及数量变化对性能起着重要作用，所以正确认识和鉴别各类铸铁的金相组织对估计和评定铸铁的质量和性能有着重要意义。
有色金属和合金具有某些独特的优异性能，例如铝合金比重小而强度高；铜及铜合金导电性极好，耐蚀性强；铅与锡合金具有良好的减摩性等，而这些性能特点也无不与其内部组密切相关。
下面着重研究和分析各种不同类型合金材料的组织特点。
（一）合金钢合金钢的显微组织比碳钢复杂，在合金钢中存在基本相有：合金铁素体、奥氏体、碳化物（包括渗碳体、特殊碳化物）及金属间化合物等。
其中合金铁素体与合金渗碳体及大部分合金碳化物的组织特征与碳钢的铁素体和渗碳体无明显区别，而金属间化合物的组织形态则随种类不同而各异，合金奥氏体在晶粒内常常存在滑移线和孪晶特征。
（1）高速钢高速钢是高合金工具钢，以具有良好的热硬性（或红硬性）著称。
这里以典型的W18Cr4V（简称18-4-1）钢为例加以分析研究。
W18Cr4V的化学成分为：0.7~0.8%C，17.5~19%W，3.8~4.4%Cr，1.0~1.4%V，≤0.3%Mo。
由于钢中存在大量的合金元素（大于20%）因此除了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会形成各种合金碳化物（如Fe4W2C、VC等），这些组织特点决定了高速钢具有优良的切削性能。
高速钢的热处理状态有铸态组织，退火组织、淬火及回火后的组织。
AZ80+0.4%Ce挤压态镁合金热变形各向异性行为研究
AZ80+0.4%Ce挤压态镁合金热变形各向异性行为研究镁合金作为质量最轻的金属结构材料,是武器装备轻量化的首选材料。
目前大多数镁合金产品是压铸件,其力学性能差、缺陷多,轻量化效果差,只能应用于非承重结构件。
在镁合金中加入稀土元素,可以提高镁合金的力学性能、耐热性和防腐性；另外,采用挤压成形能进一步提高镁合金综合力学性能,使其成为新一代武器装备主承力构件,扩大了镁合金的应用范围。
因此,研究稀土镁合金挤压板材的塑性变形行为的相关基础问题有重要意义。
本文对AZ80+0.4%Ce稀土镁合金的热变形行为、微观组织演化规律和热加工图进行了研究。
（1）采用Gleeble-3500热模拟实验机进行了热压缩试验,获得AZ80+0.4%Ce镁合金在变形温度为300-420℃、应变速率为5×10。
4-5×10-1s-1范围内的应力-应变曲线,通过对流变应力影响因素分析,得出随着温度的升高和应变速率的降低,流变应力、应力峰值、峰值应变逐渐减小；不同取样方向镁合金的应力-应变响应具有明显的力学性能各向异性特征,且随着温度的升高和应变速率的降低,各向异性的特征明显降低。
（2）通过对热压缩试验数据处理,获得AZ80+0.4%Ce稀土镁合金0°、90°、45°三个取样方向的峰值应力本构方程、临界应力和临界应变；随着温度的降低和应变速率的增加,不同取样方向AZ80+0.4%Ce镁合金的临界应力和临界应变均增加,且临界应变值均在峰值应变的30-50%范围内。
不同取样方向临界应变按从小到大顺序排列为0°、90°、45°,这是由不同取样方向临界动态再结晶机制的差异所决定的。
（3）使用金相显微镜对热压缩后镁合金的微观组织进行了观察分析,得出低温高应变速率变形条件下,不同取样方向微观组织演化规律具有明显的各向异性特征,不同取样方向的塑性变形机制差异明显,但随着温度升高和应变速率的降低,三个取样方向的微观组织演化规律逐渐接近,这是力学性能各向异性特征随温度的增加和应变速率的降低而不断降低的根本原因。
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镁合金铸态和挤压态组织观察的操作及组织观察
一、 实验目的
1 掌握镁合金组织金相制作的方法
2 了解镁合金的显微组织特征
二、概述
镁合金的密度是钢的23％，铝的67％，塑料的170％，是金属结构材料中最轻的金属，镁合金的
屈服强度与铝合金大体相当，只稍低于碳钢，是塑料的4~5倍，其弹性模量更远远高于塑料，是它的
二十多倍，因此在相同的强度和刚度情况下，用镁合金做结构件可以大大减轻零件重量，这点对航空
工业，汽车工业，手提电子器材均有重要意义。
镁合金是以金属镁为基，通过添加一些合金元素形成的合金系，通常可分为二元、三元及多组元
系合金。二元系如Mg-Al，Mg-Zn，Mg-Mn，Mg-RE，Mg-Zr等；三元系如Mg-Al-Zn，Mg-Al-Si，
Mg-Al-RE等；多元系如Mg-Th-Zn-Zr，Mg-Ag-Th-RE-Zr等。因为大多数合金含有不止一种合金元素，
所以实际上为了分析问题方便，也为了简化和突出合金中最主要的合金元素，习惯上依据镁与其中的
一个主要合金元素，将其划分为二元合金系。
对于AZ31镁合金的腐蚀，早期的研究主要集中在合金元素对腐蚀性能的影响上。近几年来随着
加工及表面处理技术的进步，合金耐蚀性的研究越来越集中在通过新型的加工技术（如快速凝固技术、
半固态成型技术等）和表面处理技术（如化学转化、阳极氧化、微弧氧化等）来直接或间接的提高
AZ31镁合金的耐蚀性能。总而言之提高合金耐蚀性的途径主要从以下几个方面入手：减少镁合金杂
质含量，提高镁合金的纯度；采用快速凝固、热处理与合金化改性等方法细化合金组织，使成分均匀
化。
因此，了解镁合金组织，对于提高镁合金质量、防止镁合金腐蚀有重要的意义。
三、铸态镁合金的组织
AZ31镁合金属于典型的亚共晶合金，其凝固区间约为60℃，铸造过程中凝固时间短，冷却速度
快，因此无论采用何种方式，其凝固收缩均难以补偿，加之Al元素在镁合金中的扩散速度极慢，凝
固过程十分复杂，而镁合金组成相的含量、分布、形态、成分等因素与合金的腐蚀性能密切相关。
图1为AZ31镁合金铸态XRD谱图。结合相图（图2）可得，AZ31镁合金相组成为α-Mg固溶
体和β-Mg17Al12析出相。
图1 AZ31镁合金铸态XRD谱图
2
图2 镁铝合金二元平衡相图
图3(a)和 (b)为AZ31镁合金铸态经Acetic-picral浸蚀后的金相照片，可以看出，铸态组织内部晶
粒大小不一，平均晶粒尺寸为90μm；在其晶界处某些部位能够观测到黑色的团聚物。经SEM观察
发现，这些团聚物是由一些气孔和缩松构成。
(a) 铸态组织 (b) 晶界处黑色团聚物
图3 AZ31镁合金铸态组织；
四、挤压态镁合金的组织
对铸态组织进行热挤压处理，既能通过晶粒的充分细化来提高组织的成分均匀性，又能在挤压过
程中消除组织的铸造缺陷，通过后续的热处理工艺还可以进一步抑制第二相的析出并使其弥散分布。
图4为棒材横向与纵向剖面示意图。图5(a)和5(b)为AZ31镁合金铸态在Acetic-picral浸蚀液中
的横向和纵向金相照片，可以看出，AZ31铸态组织的纵向截面和横向截面并没有太大不同，α-Mg
基相的晶粒比较粗大，平均晶粒尺寸为90μm，晶界处偶有不规则的β-Mg17Al12相。
图4 AZ31镁合金挤压态棒材
a b
3
a)铸态横向组织 (b)铸态纵向组织
图5 AZ31镁合金铸态和挤压态显微组织
五、实验报告书写内容
（1） 实验目的
（2）实验仪器
（分别写出仪器的型号和试件的牌号）
（3） 实验内容
（3.1）镁合金中各元素的作用
（3.2）试样制备和处理（试样切割、清理及表面形貌描述）
（4）实验结果
画出镁合金铸态和挤压态的微观组织形貌
（4） 总结
NiCrBSi合金感应熔覆
一、实验目的
1. 掌握采用感应熔覆法在钢基体上制作Ni基合金熔涂层。
2. 了解感应熔覆的原理和熔涂层组织形成机理。
二、概述
采用NiCrBSi合金粉末制作Ni基熔涂层，Ni基合金有很好的耐磨性和耐腐蚀性，但其熔点高。
感应熔覆温度高，可在数分钟内完成钎焊，降低基体处于高温的时间，熔覆时NiCrBSi合金粉末处在
液固两相状态，基体与合金粉末中的活性元素之间发生化学冶金反应，从而实现基体与合金粉末的牢
固冶金结合。因此采用感应熔覆制作Ni基熔涂层。
三、感应熔覆制作基体工具的原理及设备
（一）原理
感应加热是将工件放在有足够功率输出的感应线圈中，在高频交流磁场的作用下，产生很大的感
应电流，并由于集肤效应而集中分布于工件表面，使受热区迅速加热，NiCrBSi合金粉末处在液固两
相状态，实现了工件表层和NiCrBSi合金及合金粉末和基体之间的冶金结合。由于感应加热是藉交链
耦合到工件中的交变磁通感应产生的高频涡流热效应来加热熔化金属的，热能产生于金属内部，本身
具有热能损耗少、加热速度快等特点。
（二）设备
测温装置:温度控制在感应加热过程中非常关键，如果工件的温度低于或超出一定的温度范围，
产品的品质容易变差，严重的会产生大量废品。红外测温（如图1）反映的是被加热物体表面辐射的
能量大小，它与被测物体的表面状态直接相关。此温度测量系统比较简单，可以实现大面积的测温，
也可以是被测物体上某一点的温度测量；且使用方便；它的制造工艺简单，成本较低，测温时不接触
被测物体，具有响应时间短、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点。本次实验采用
量程为1500℃的红外测温仪。
a b
d
4
图1 红外测温仪实物图
感应熔覆装置: 图2为感应熔覆制作基体工具的设备，采用自动控制型感应加热设备（MY-15，
山东省青岛水木感应设备有限公司）熔覆，设备的感应器内径为50mm，用空心紫铜管（外径：8mm，
内径：4mm）弯制，其输出功率为15kW，振荡频率范围为15~35kHZ。为了防止金属表面氧化及确
保钎料浸润母材，熔覆过程通入氩气保护。
图2 感应熔覆设备
四、感应熔覆基体工具的制作过程
（1）实验材料
基体：直径30mm、厚8mm的钢材。
焊料：200-300目晶态和非晶态NiCrBSi合金粉末。
（2）制作过程
丙酮与NiCrBSi合金粉末按体积比1: 3混合，混合均匀后备用。黏结剂+混合粉末铺放在基体上。
打开熔覆设备的水阀和气阀后打开设备的电源开始熔覆。熔覆过程中使用红外测温仪测温，熔覆
温度为1050℃，钎焊保温时间时间为30s。钎焊过程中使用氩气保护。
五、实验报告书写内容
（1）实验目的
（2）实验装置
（3）实验内容
NiCrBSi合金粉末感应熔覆基体的实验材料和制作过程
（4）实验结果
制作出优良的NiCrBSi合金粉末感应熔覆试样并画出晶态和非晶态组织形态
（5）总结