电磁搅拌后,Mg-4Zn-0.3Zr合金晶粒细化且更加均匀,平均晶粒尺寸从91.3μm 降低到85.7μm。合金中的MgZn相数量减少,在晶粒内部有孪晶形成,且存在较多的小角度晶界。另外,抗拉强度和屈服强度分别为189 MPa和105 MPa,伸长率提高到17.3%。由于电磁搅拌合金中的孪晶和小角度晶界的存在,经热挤压后,电磁搅拌Mg-4Zn-0.3Zr合金动态再结晶的程度高,晶粒更加细小,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到了241 MPa、178 MPa和25.2%。
Mg-4Zn-0.3Zr合金锭由高纯Mg(99.95%,质量分数,下同)、高纯Zn(99.90%)和Mg-30Zr中间合金制备。合金熔炼在全程通有N2(98%,体积分数)和SF6(2%,体积分数)保护气体的电阻炉中进行。在720 ℃下熔化高纯Mg 后,升温至780 ℃ 加入Mg-30Zr中间合金,待中间合金熔化后降温至720 ℃加入高纯Zn,保温30 min后捞渣,准备浇注。将金属液倒入放在电磁搅拌器中圆柱形陶瓷模具中,在磁力搅拌器的作用下完全凝固,电磁搅拌的电流和频率分别为150A 和6 Hz。
镁(Mg)和镁合金已成为结构部件的竞争性替代品,因为运输中对高强度重量比材料的需求不断增长。尽管如此,制造镁部件的一个重要限制是织构镁合金的大拉伸-压缩屈服不对称性,这导致变形过程中的早期断裂。这种行为基本上可以归因于在拉伸和压缩过程中激活的不同变形机制,这是由于热机械加工产生的强烈纹理以及{10`1 2}延伸孪生的极性。
镁合金凭借其的优势,被更多的自行车厂商发现,被用在自行车的重要承重结构——车架上。因为车架是所有整体重量集中的部件,选择轻质且综合力学性能较好的镁合金是再合适不过了,特别适用于休闲类自行车及折叠自行车上,其炫酷多变、概念化的外形也能成为时下趋势电动自行车的绝妙搭配。
为了使镁合金棒材的挤压可以顺利进行,挤压前对铸锭进行了均匀化退火处理。棒材的挤压在3MN立式挤压机上进行。选取的挤压参数为 :铸锭预热温度为653 K,预热时间为1h,挤压温度为663K,入口处挤压速度为20mm/s, 挤压比为64:1。在挤压凹模和挤压套筒内部均匀涂上油剂石墨来减小坯料与模具之间的摩擦,起到润滑作用,从而利于合金的挤压变形,改善挤压棒材的表面质量。
在挤压棒材上利用线切割加工出 Φ10×2 mm的片状试样,然后依次使用400#、800#、1200# 和2000# 的Si C砂纸打磨。把打磨好的样品,放置于装有酒精的烧杯中,超声波清洗5 min后,电吹风吹干备用。实验过程中,将试样浸泡于装有Hank’s溶液的离心管内,置于37 ℃的恒温箱内,模拟材料在人体内的降解行为,试验样品表面积(cm2) 与Hank’s液体体积(m L)的比例为2.5:1,每种合金选取9个平行样。在浸泡过程中,每24h记录一次Hank’s溶液的p H之变化,并更换一次溶液以保持溶液的p H值保持在正常的人体范围内。分别于1、2、3周后,每种合金取出其中3个样品,放入25wt.% 的铬酸中超声清洗3min以除去样品表面腐蚀产物,然后依次使用水和酒精进行清洗,电吹风吹干后用电子天平称重,计算出平均腐蚀速率,并使用扫描电子显微镜观察样品的腐蚀形貌。平均腐蚀速率的计算公式为 :
平均腐蚀速率=(K×W)/(A×T×D) (1)