Sn对ZK60镁合金铸态组织与力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了铸态ZK60和ZK60-0.083Sn合金的组织和相组成，并测试了其室温拉伸力学性能。结果表明，在ZK60合金中添加0.083% Sn后，铸态组织发生明显细化，同时添加的Sn固溶于α-Mg基体和MgZn2相中，未生成含Sn的新相。室温拉伸力学性能显著提高，抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达265 MPa、182 MPa和13.0%，较ZK60合金分别提高18%、52%和44%。

镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、优异阻尼和导热性能等诸多性能，在汽车、通讯电子和航空航天等领域正得到日益广泛的应用[1]。变形镁合金呈现更高强度和更好延展性等综合性能，但是大多数镁合金受其晶体结构的限制而普遍存在塑性差的问题，因此有必要通过加强对镁合金变形机制的研究来开发新型高性能变形镁合金[2]。

ZK60 合金是目前应用广泛的变形镁合金之一。

稀土RE 具有独特的核外电子排布及化学特性，可起到净化合金熔体、改善组织和提高性能等作用。目前国内外研究人员已广泛开展了Y [3] [4]、Ce [5]、Nd [6]、Yb [7]、Gd [8]、Ho [9]和Dy [10]等对ZK60 合金组织与性能影响的研究，开发出多种新型高性能变形镁合金。但RE 价格普遍较贵，为此有必要通过添加较低廉的合金化元素来开发出适合于民用、不含RE 的低成本高性能变形镁合金。金属Sn 价格较低廉，且在Mg 中的固溶度较大，达到14.5% (质量分数)。研究人员已将Sn 添加于Mg-Al、Mg-RE 等系合金中，取得了良好的改善组织和提高性能效果[11] [12]，但Sn 对ZK60 合金组织与性能影响的研究未见报道。为此，本文将重点考察ZK60 合金添加微量Sn (0.083%)后铸态组织与力学性能的演变规律，为后续开发低成本高性能变形镁合金提供技术参考。

2. 实验 ZK60 和ZK60-0.083Sn 合金锭由工业纯Mg、纯Zn、纯Sn 和Mg-30%Zr (质量分数)中间合金在镁合金熔炼炉中熔炼而成。待纯Mg 熔化后升温至1003 K，依次将纯Zn、中间合金和纯Sn 加入熔体中；接着熔体在1 h 内搅拌两次，以保证成分均匀性；然后加入精炼剂搅拌后升温至1033 K，静置30 min；最后待熔体温度冷却至988 K， 除渣后浇入预热温度523 K 的楔形金属型模具中， 得到铸态试样。

在整个熔铸过程中，用CO2 + 0.2%SF6 (体积分数)的混合气体保护熔体。

经打磨和抛光的试样用4%硝酸酒精溶液(体积分数)腐蚀后，分别在Leica DM IRM 型光学显微镜(OM)和配有OXFORD 7412 型能谱仪(EDS)的JEOL JXA-8100 型扫描电子显微镜(SEM)上进行组织观察。

在采用Cu 靶的D/MAX-RC 型X 射线衍射仪(XRD)上进行相组成分析。

小型板状标准拉伸试样在DNS200型万能材料试验机上进行室温拉伸试验，拉伸速度为2 mm/min。用SEM 观察拉伸断口形貌。