Fig.1 Estructura metalográfica de la aleación de magnesio AZ61.

(a) Laminado (b) recocido a 300 °C durante 5 h sin tratamiento criogénico (c) recocido a 300 °C durante 5 h durante 6 h con tratamiento criogénico (d) recocido a 300 °C durante 5 h durante 6 h con tratamiento criogénico y tratamiento de envejecimiento



2.2 Análisis de propiedades mecánicas.

Se realizaron ensayos de tracción a temperatura ambiente sobre láminas de aleación de magnesio con diferentes tratamientos para detectar sus propiedades mecánicas. Las muestras de tracción se muestran en la Figura 2. Las curvas de tensión-deformación después del tratamiento de envejecimiento se muestran en la Figura 3, y la relación límite elástico y los cambios en el índice de deformación se muestran en la Figura 4.

Figura 2 Dimensiones de la probeta de tracción



El límite elástico de la aleación de magnesio AZ61 recocida y tratada criogénicamente disminuyó en comparación con el de la no tratada, la relación del límite elástico disminuyó y la deformación plástica fue estable. El alargamiento de las muestras recocidas y tratadas criogénicamente después del recocido mejoró y la resistencia a la tracción disminuyó ligeramente en comparación con las muestras no tratadas.

El alargamiento de la aleación de magnesio AZ61 con tratamiento térmico compuesto aumentó del 3,3% al 12,3%, y la resistencia a la tracción del material no disminuyó significativamente, de 355 MPa sin tratar a 312 MPa, y la relación límite elástico disminuyó. Esto se debe a que la tensión interna y la energía elástica del material se generan por el efecto de enfriamiento, y la energía elástica se puede utilizar como fuerza impulsora para la precipitación de la segunda fase, lo que promueve la precipitación de una gran cantidad de la segunda fase después del tratamiento de envejecimiento. Las partículas de la segunda fase dificultan el movimiento de la dislocación y, al mismo tiempo, las aleaciones se maclarán durante el proceso de deformación plástica, lo que a su vez promueve el deslizamiento de la dislocación. Al mismo tiempo, algunos granos se rompen bajo la acción de tensiones internas o algunos giran en la dirección propicia para la deformación, lo que mejora en gran medida la capacidad de deformación de las aleaciones de magnesio.

Después del tratamiento térmico compuesto, la resistencia a la tracción de la aleación de magnesio AZ91D no disminuye significativamente en comparación con la de la muestra no tratada, y todos los otros métodos de tratamiento disminuyen en aproximadamente 50 MPa. Durante el tratamiento térmico del compuesto, el alargamiento aumenta del 3,2% al 9,6%, que es el mayor aumento, y se garantiza que la resistencia será estable. Esto se debe al alto contenido de Al en la aleación de magnesio AZ91, que conduce a la precipitación y dispersión de una gran cantidad de segundas fases, lo que dificulta el movimiento de las dislocaciones, promueve el inicio del deslizamiento de las dislocaciones y mejora la deformabilidad del material.

(a) Aleación de magnesio AZ31

(b) aleación de magnesio AZ61

(c) aleación de magnesio AZ91D

Fig.3 Curvas tensión-deformación de tres tipos de aleaciones de magnesio después del tratamiento de envejecimiento

(a) Variación de la relación límite elástico (b) Variación del exponente de endurecimiento por deformación

Fig.4 Cambios en el índice de fluencia y el exponente de endurecimiento por deformación de aleaciones de magnesio después de diferentes tratamientos térmicos



Se puede ver en la Figura 4 que los principales mecanismos de fortalecimiento de las tres aleaciones de magnesio sin ningún tratamiento (estado laminado) son el fortalecimiento por refinamiento de grano y el fortalecimiento por dislocación, el exponente de endurecimiento por deformación n es grande, pero la relación de límite elástico también es grande. Como resultado, el alargamiento del material es muy bajo; el mecanismo de fortalecimiento de las muestras no cambia después de diferentes tratamientos térmicos, y el mecanismo principal es el fortalecimiento de una solución sólida. Sin embargo, con el aumento de la fase de precipitación, el efecto de la fase de precipitación apareció gradualmente. El valor del exponente de endurecimiento por deformación n aumenta gradualmente, el índice de elasticidad disminuye gradualmente, el alargamiento del material aumenta considerablemente y la resistencia a la tracción aumenta ligeramente. Después del tratamiento térmico, las relaciones de límite elástico de las tres aleaciones de magnesio fueron significativamente más bajas que las de las no tratadas. La relación límite elástico de la combinación de recocido + tratamiento criogénico + tratamiento de envejecimiento se redujo a aproximadamente 0,57 y la capacidad de deformación uniforme del material mejoró significativamente.

2.3 Análisis SEM y TEM

La segunda fase de la aleación de magnesio AZ es principalmente β-Mg17Al12. Debido al diferente contenido de Al, el número de fases de precipitación después del tratamiento térmico también es diferente. Entre ellos, el número de fases de precipitación en la aleación de magnesio AZ91 después del tratamiento térmico compuesto aumenta significativamente. La Figura 5 es una imagen de microscopio electrónico de barrido de la aleación de magnesio AZ91D después del tratamiento térmico compuesto. Se puede observar que la fase β está distribuida en la matriz de aleación de magnesio AZ91, principalmente en forma de escamas o esferas, con un espesor de aproximadamente 250 nm. La Figura 6 muestra las imágenes de microestructura TEM de aleaciones de magnesio AZ31 y AZ61. Según la observación TEM, después del recocido + tratamiento criogénico + tratamiento de envejecimiento, las partículas de la segunda fase se precipitan en dos formas: precipitación intragranular y precipitación en el límite del grano, y la precipitación intragranular es el principal método de precipitación. No existe un límite obvio entre la fase de precipitación intragranular y la fase de matriz, y se distribuye uniformemente en la matriz α-Mg; la fase de precipitación del límite de grano es relativamente gruesa y existe un límite claro entre ella y la matriz. Se puede ver en la Fig. 6c que después del tratamiento criogénico, el empaquetamiento de dislocación ocurre cerca del límite del grano. La Figura 6d es el resultado de la calibración del punto de difracción de las partículas precipitadas y se determina que la fase precipitada es β-Mg17Al12. La precipitación intragranular puede desempeñar el papel de fijar las dislocaciones, ralentizar la tasa de acumulación de dislocaciones en los límites de los granos cuando el material se deforma, mejorar la capacidad de almacenamiento de las dislocaciones dentro del material y permitir que el material active más sistemas de deslizamiento. La distribución de fina dispersión dentro de los granos mejora la uniformidad de la deformación del material, que es la razón principal del gran aumento en el alargamiento.

Fig.5 Segunda fase y análisis EDS de la aleación de magnesio AZ91D.

(a) Aleación de magnesio AZ31 (b) Aleación de magnesio AZ61 (c) Aleación de magnesio AZ31 (d) Calibración puntual de difracción de partículas de segunda fase

Fig.6 Imagen TEM y calibración del punto de difracción de partículas de segunda fase.



En general, se cree que las aleaciones de magnesio a base de AZ con alto contenido de Al, como las aleaciones de magnesio AZ61, son más propensas a las fases de precipitación, pero mediante el método de tratamiento térmico compuesto, las aleaciones de magnesio AZ31 con bajo contenido de Al también precipitarán una pequeña cantidad de fase secundaria, mejorando así las propiedades de las aleaciones de magnesio.

3. Conclusión

(1) Después del tratamiento criogénico, se genera una gran tensión de temperatura dentro del material y la tensión se concentra, lo que hace que los granos se deformen o giren, la estructura se refina, los granos más grandes se rompen en granos finos y se generan cristales gemelos. El refinamiento del grano de la aleación de magnesio AZ31 es del 47,8%; el refinamiento del grano de la aleación de magnesio AZ61 es del 36,1%; el refinamiento del grano de la aleación de magnesio AZ91D es del 20,8%.

(2) Los principales mecanismos de fortalecimiento de las aleaciones de magnesio laminadas son el fortalecimiento por refinamiento del grano y el fortalecimiento por dislocación. El valor n del índice de endurecimiento por deformación es grande, pero la relación límite elástico también es grande, lo que resulta en un bajo alargamiento del material; El mecanismo de fortalecimiento es el fortalecimiento de una solución sólida. Con el aumento de la fase de precipitación, apareció gradualmente el efecto de la fase de precipitación. El valor del exponente de endurecimiento por deformación n aumenta gradualmente, el índice de elasticidad disminuye gradualmente, el alargamiento del material aumenta considerablemente y la resistencia a la tracción también aumenta, lo que mejora efectivamente la capacidad de deformación uniforme de las aleaciones de magnesio.

(3) La aleación de magnesio adopta un tratamiento térmico compuesto, y una gran cantidad de partículas finas dispersas y precipitadas de la segunda fase en el grano favorecen la activación de más sistemas deslizantes, lo que mejora en gran medida la formabilidad de la aleación de magnesio. Entre ellos, la resistencia no es muy diferente de la anterior al tratamiento, y el alargamiento de la aleación de magnesio AZ31 aumenta 2,5 veces en comparación con el anterior al tratamiento; el alargamiento de la aleación de magnesio AZ61 aumenta 4 veces; el alargamiento de la aleación de magnesio AZ91D aumenta 3 veces.

Formato de cita: Zhang Ju, Hu Xiaodong, Zhao Hongyang y otros. Tratamiento térmico compuesto de aleaciones de magnesio y su mecanismo de refuerzo y endurecimiento [J]. Fundición especial y aleaciones no ferrosas, 2022, 42(1): 64-68.