合金元素對AZ91D鎂合金組織和性能的影響.pdf

1、鎂合金是最輕的工程結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼性能好、電磁屏蔽、機械加工性能好、優(yōu)異的加工性能和良好的鑄造性能等優(yōu)點，近年來成為汽車和電子行業(yè)的重要輕質(zhì)材料。其中，AZ91鎂合金是工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種鑄造鎂合金，但是該合金的高溫性能差，工作溫度超過120℃后不能用于結(jié)構(gòu)件，這大大限制了它作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍。稀土元素是改善鎂合金高溫性能最有效的元素，在耐熱鎂合金中，稀土鎂合金占有特殊的地位，目前世界各國稀土鎂合

2、金牌號已占鎂合金總數(shù)的50％以上。 本文以AZ91D鎂合金為基，利用光學顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、X射線衍射儀（XRD）、拉伸試驗及硬度測試等多種分析和測試方法，系統(tǒng)地研究了La、Nd和Ce對AZ91D鎂合金組織和力學性能的影響。研究結(jié)果表明，適量稀土La、Nd和Ce的加入能夠明顯細化AZ91D鎂合金的顯微組織，改變合金的組織形態(tài)和析出相形貌，同時提高合金的硬度、室溫和高溫強度、以及合金的伸長率。在

3、AZ91D合金中加入稀土元素La后，隨著La加入量的增加，合金的力學性能呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當其加入量為1．0％時，合金的硬度、室溫和200℃高溫抗拉強度均達到最大值，分別為74．7HB、217MPa和159MPa，比未加時AZ91D合金的性能相比分別提高了31．6％、26．2％和27．2％，合金的室溫和高溫伸長率也各達到最大值2．8％和9．5％，比未加時分別提高了124％和141％。在AZ91D合金中加入Nd后，因稀土元素與Al有

4、很大的親和力而形成了沿晶界分布的針狀或塊狀稀土相Al3Nd，它能夠有效釘扎晶界，阻止晶界滑移，細化晶粒，并提高合金的力學性能。Nd對AZ91D鎂合金組織的主要細化機制為：一方面，生成的Al3Nd為面心立方結(jié)構(gòu)，且晶格常數(shù)與Mg17Al12相近，所以它可以作為β-Mg17Al12相的形核劑，促進晶核的形成；另一方面，在合金中加入的稀土元素Nd在凝固過程中會富集于固/液界面前沿，使合金在凝固過程中產(chǎn)生成分過冷，從而促進了等軸晶的形成，細化了

5、合金組織。當Nd的加入量為0．4％時，合金的室溫和200℃高溫抗拉強度均達到最大值，分別為227 MPa和158．52 MPa，室溫和200℃高溫的伸長率分別為3．35％和10．55％。當加入Nd和Ce復(fù)合稀土時，合金中網(wǎng)狀的Mg17Al12相大部分開始斷網(wǎng)，呈骨骼狀或粒狀彌散分布于合金的晶界和晶內(nèi)，并且在組織中出現(xiàn)了大量針狀或粒狀分布的稀土化合物相Al2Nd和Al4Ce。在細晶強化、析出相強化和固溶強化三種強化機制的共同作用下，合金的