Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金擠壓工藝及其組織性能研究

郭　娟　李軍民

(①安陽職業技術學院，河南 安陽 455000；②安陽工學院機械工程學院，河南 安陽 455000)

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Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金擠壓工藝及其組織性能研究

郭娟①李軍民②

(①安陽職業技術學院，河南 安陽 455000；②安陽工學院機械工程學院，河南 安陽 455000)

采用不同的擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度對Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金進行了熱擠壓，并進行了顯微組織、力學性能和耐腐蝕性能的試驗。結果表明，隨擠壓溫度從350 ℃提高至410 ℃、擠壓比從7增加至23、擠壓速度從1 m/min增加至5 m/min，合金的平均晶粒尺寸、力學性能和耐腐蝕性能均呈現出先減小后增大的變化趨勢。Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的最佳熱擠壓工藝為：擠壓溫度為380 ℃、擠壓比為15、擠壓速度為3 m/min。

Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金；擠壓工藝；力學性能；耐腐蝕性能

比重小、比強度高、減震降噪性好、回收性佳等優點，使鎂合金在航空航天、國防軍工和3C產品等領域極具應用前景[1]。擠壓態Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce合金是一種極具應用前景的鎂合金。但是擠壓工藝對Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金組織與性能的影響還鮮有報道。擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度是擠壓工藝的3個主要參數[2]。為此，本文采用不同的擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度，制備了擠壓態Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金，并進行了擠壓工藝對Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金顯微組織、力學性能和耐腐蝕性能的影響研究，為Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金擠壓工藝的優化提供了實驗數據和理論支持。

1　試驗材料與方法

1.1試樣材料

在ZG-25AZ型中頻感應熔煉爐中熔煉，制備Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金鑄錠，然后車除表面氧化皮，在SX2-12-12型箱式電阻爐中進行400 ℃×8 h均勻化處理。試樣的化學成分經SPECTRO XEPOS型X射線光譜儀測試，如表1所示。在500 t油壓機上進行合金鑄錠熱擠壓，擠壓工藝如表2所示。

表1試樣的化學成分

AlZnCeMn其他雜質元素Mg8.0160.6060.2040.289<0.025Bal.

表2試樣的擠壓工藝

試樣編號擠壓溫度/℃擠壓比擠壓速度/(m/min)試樣1350153試樣2380153試樣3410153試樣438073試樣5380233試樣6380151試樣7380155

1.2試驗方法

采用不同工藝擠壓的Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金試樣，采用4XA型金相顯微鏡和EVO18型掃描電子顯微鏡進行顯微組織觀察和拍照。試樣的力學性能，采用CMT4000型電子萬能試驗機進行測試，測試溫度為室溫，并用EVO18型掃描電子顯微鏡觀察拉伸斷口形貌。試樣的耐腐蝕性能，采用YWX/Q-750型鹽霧試驗箱進行乙酸鹽霧試驗，試驗溫度(35±2) ℃、溶液中氯化鈉濃度為50±5 g/L、收集液pH值為3.2±0.1、試驗時間為10天，用試樣的質量損失率表征試樣的耐腐蝕性能。

2　試驗結果及討論

2.1顯微組織

采用不同工藝擠壓的Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金試樣的平均晶粒尺寸，如圖1所示。從圖1可以看出，擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度這3個擠壓工藝參數都對Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的平均晶粒尺寸產生明顯影響。隨著擠壓溫度從350 ℃提高至410 ℃、擠壓比從7增加至23、擠壓速度從1 m/min增加至5 m/min，Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的平均晶粒尺寸均呈現出先減小后增大的變化趨勢。其中，采用擠壓溫度380 ℃、擠壓比15、擠壓速度3 m/min的Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金試樣2的平均晶粒尺寸最小，為9.8 μm。

圖2是采用Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金試樣2的顯微組織金相照片和SEM照片。從圖2可以看出，當采用擠壓溫度為380 ℃、擠壓比為15、擠壓速度為3 m/min的擠壓工藝時，擠壓態Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的組織均勻、晶粒細小，Mg17Al12相以彌散顆粒狀分布在基體中。

2.2力學性能

采用不同工藝擠壓的Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金試樣的力學性能測試結果，如圖3所示。從圖3可以看出，擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度這3個擠壓工藝參數均對Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的抗拉強度、屈服強度和斷后伸長率產生明顯影響。隨著擠壓溫度從350 ℃提高至410 ℃、擠壓比從7增加至23、擠壓速度從1 m/min增加至5 m/min，Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的抗拉強度、屈服強度和斷后伸長率均呈現出先減小后增大的變化趨勢。其中，采用擠壓溫度380 ℃、擠壓比15、擠壓速度3 m/min的Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金試樣2的抗拉強度最大(323 MPa)、屈服強度最大(242 MPa)、斷后伸長率最大(24.5%)。由此可以看出，為了獲得較佳的力學性能，必須選擇適當的擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度。圖4是采用擠壓溫度為380 ℃、擠壓比為15、擠壓速度為3 m/min的擠壓工藝時，擠壓態Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金(試樣2)的拉伸斷口SEM照片。從圖4可以看出，在該工藝參數下，擠壓態Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的拉伸斷口由較多的細小韌窩和少量的撕裂棱組成，呈現出較為明顯的韌性斷裂特征。

2.3耐腐蝕性能

采用不同工藝擠壓的Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金試樣的耐腐蝕測試結果，如圖5示。從圖5以看出，擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度這3個擠壓工藝參數均對Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的耐腐蝕性能影響。隨著擠壓溫度從350 ℃提高至410 ℃、擠壓比從7增加至23、擠壓速度從1 m/min增加至5 m/min，Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金乙酸鹽霧腐蝕10天后的質量損失率均呈現出先減小后增大的變化趨勢。其中采用擠壓溫度380 ℃、擠壓比15、擠壓速度3 m/min的Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金試樣2的質量損失率最小(2.82wt.%)，合金的耐腐蝕性能最好。

2.4討論與分析

熱擠壓是目前擠壓工藝中應用較為成熟的一種成型工藝，它是在熱鍛溫度以下進行的成形，在一定溫度下使材料產生塑性流動從而完成各種擠壓成型[3]。熱擠壓不但可以用于有色金屬，也可以用于各種碳鋼和合金鋼的成型。為了提高合金的塑性流動能力，減小合金的變形抗力，從而提高生產效率，在確保高速度的擠壓和不產生裂紋的前提下，應該盡可能地提高擠壓溫度[4]。但是擠壓溫度過高，一方面合金容易出現熱脆性，從而產生擠壓裂紋；另一方面會使合金擠壓過程的能量過多，從而導致擠壓態合金的晶粒粗化，即使合金的平均晶粒尺寸增大，從而降低合金的力學性能和耐腐蝕性能[5]。因此，擠壓溫度不宜過高也不宜過低，就Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金而言，擠壓溫度優選為380 ℃。當擠壓比(即擠壓筒腔的橫斷面面積與擠壓合金總橫斷面面積之比)增大到一定程度后，剪切變形深入到合金的內部，合金的變形開始向均勻化方向轉化，擠壓合金的流動較為均勻；但是擠壓比過大，擠壓時合金錠坯外層金屬向擠壓模孔流動的阻力也增大，從而使合金內部的金屬流動速度差增大，從而使得合金擠壓變形的不均勻性增加，從而降低合金的力學性能和耐腐蝕性能[6-7]。對Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金而言，擠壓比優選為15。擠壓速度(即擠壓制品的流出速度與擠壓機主塞向前移動的速度)不僅影響生產效率，而且對擠壓產品的質量產生重要影響[8]。擠壓速度過慢或過快，都不利于獲得晶粒細小、組織均勻的擠壓態合金。對于Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金，擠壓速度優選為3 m/min。

3　結語

(1)擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度對Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的顯微組織、力學性能和耐腐蝕性能產生明顯影響。隨擠壓溫度從350 ℃提高至410 ℃、擠壓比從7增加至23、擠壓速度從1 m/min增加至5 m/min，Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的力學性能和耐腐蝕性能均呈現出先減小后增大的變化趨勢。而平均晶粒尺寸均呈現出先減小后增大的變化趨勢。

(2)Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce鎂合金的熱擠壓工藝優選為：擠壓溫度為380 ℃、擠壓比為15、擠壓速度為3 m/min。

[1]郭曉琴,黃靖.等通道擠壓鎂合金的微觀組織與硬度[J].熱加工工藝,2013,42(11):118-120.

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(編輯李靜)

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Influence of extrusion process on the microstructure and properties of Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce magnesium alloys

GUO Juan①, LI Junmin②

(①Anyang Vocational and Technical College, Anyang 455000, CHN;②Department of Mechanical Engineering, Anyang Institute of Technology, Anyang 455000, CHN)

Different extrusion temperature, extrusion ratio and the extrusion speed were adopt to have hot extrusion on sports equipment Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce magnesium alloy, and the microstructure, mechanical properties and corrosion resistance were tested. The results show as the extrusion temperature increases from 350 ℃ to 410 ℃, extrusion ratio from 7 to 23 and extrusion speed from 1 m/min to 5 m/min, the average grain size, mechanical properties and corrosion resistance performance first decreased and then increased. The optimization hot extrusion process of Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce of magnesium alloy was as follows: extrusion temperature is 380 ℃, extrusion ratio is 15, and extrusion speed is 3 m/min.

Mg-8Al-0.6Zn-0.2Ce magnesium alloy; extrusion technology; mechanical properties; corrosion resistance performance

TG249.2

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.07.019

郭娟，女，1980年生，講師，研究方向為機械制造。

2016-03-14)

160728