Al2X(X=Ca,Y,Ce)金屬化合物對(duì)鎂合金晶粒細(xì)化、組織及力學(xué)性能的影響.pdf

1、鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，且鎂資源豐富，其應(yīng)用受到研究者們的廣泛關(guān)注。但是鎂合金存在力學(xué)性能低、成型性能差等缺點(diǎn)。晶粒細(xì)化是解決這些問(wèn)題的有效方法。對(duì)于鑄造鎂合金來(lái)說(shuō)，變質(zhì)處理是最有效和最具實(shí)用價(jià)值的晶粒細(xì)化方法。目前Mg-Zr中間合金為不含Al鎂合金常用的晶粒細(xì)化劑，但其應(yīng)用還存在很多問(wèn)題，比如：價(jià)格貴、合金化溫度高和易沉降等缺點(diǎn)。因此，亟需尋找一種廉價(jià)、高效的晶粒細(xì)化劑替代品。最近研究發(fā)現(xiàn)原位合成 Al2Ca顆?？勺鳛檐堉茟B(tài)鎂

2、合金的有效形核核心細(xì)化晶粒。另外還發(fā)現(xiàn)添加Al在Mg-10Y合金中，原位形成的Al2Y顆粒也是鎂基體的高效異質(zhì)形核劑。
　　本文通過(guò)原位合成和外添加兩種方式，首先考察了Al2Ca和Al2Y兩種化合物對(duì)鑄態(tài)鎂合金的細(xì)化機(jī)理及其對(duì)合金力學(xué)性能的影響；然后通過(guò)添加Al在Mg-Ce合金中，證實(shí)了Al2Ce是鎂合金另一種有效異質(zhì)形核顆粒；最后總結(jié)出Al2X化合物作為異質(zhì)形核顆粒需要滿足的物理化學(xué)條件。主要成果如下：
　　通過(guò)控制鎂中C

3、a/Al原子比在0.7左右，原位合成了含Al2Ca的鑄態(tài)鎂合金。當(dāng)Al2Ca含量為4 wt.％時(shí)，合金晶粒最細(xì)。但合金中的Al2Ca不具有異質(zhì)形核作用，晶粒細(xì)化的原因主要是添加的Ca和Al元素的溶質(zhì)效應(yīng)。合金經(jīng)過(guò)熱擠壓， Al2Ca化合物由網(wǎng)狀破碎成顆粒狀，為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶提供了形核質(zhì)點(diǎn)細(xì)化了晶粒。擠壓態(tài)Mg-4 wt.%Al2Ca合金獲得最優(yōu)的拉伸性能：屈服強(qiáng)度為275MPa，抗拉強(qiáng)度324MPa，延伸率10.2%。通過(guò)外添加1 wt.%

4、的Al2Ca粉末顆?？娠@著細(xì)化鑄態(tài)AZ31合金晶粒，證實(shí)外加Al2Ca顆粒為有效的形核核心。
　　首次制備了含Al2Y顆粒的Mg-10Al2Y中間合金。細(xì)化試驗(yàn)顯示，Al2Y中間合金可顯著細(xì)化Mg-3Y合金，Al2Y最優(yōu)添加量為2 wt.%，保溫時(shí)間5~60min內(nèi)晶粒細(xì)化效果顯著而不失效，且長(zhǎng)時(shí)間靜置Al2Y顆粒沉降不明顯。添加2 wt.%的Al2Y后Mg-3Y合金拉伸性能得到較大程度的提高，可與Zr細(xì)化的合金性能相媲美。Al2

5、Y中間合金細(xì)化性與添加Al細(xì)化的Mg-Y合金相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。添加1 wt.%的Al只能在Y含量大于6 wt.%的鎂合金中原位形成Al2Y形核顆粒，從而細(xì)化合金。然而，Al2Y中間合金可顯著細(xì)化不同含量的Mg-Y合金。且隨著Y含量的增加，晶粒細(xì)化效率也隨著增加。Mg-7Y-2Al2Y合金的晶粒細(xì)化效率可達(dá)到83%。
　　全面考察了Al2Y中間合金對(duì)其他稀土鎂合金的晶粒細(xì)化性。試驗(yàn)證實(shí)其顯著細(xì)化Mg-3RE-1Y(RE=Ce，La，

6、Nd，Gd)合金，晶粒細(xì)化效率全都達(dá)到88%以上，在合金晶粒內(nèi)，可明顯觀察到有顆粒狀A(yù)l2Y存在，合金中溶質(zhì)元素Y增加了Al2Y顆粒的穩(wěn)定性，提高了細(xì)化效率。新獲得一種細(xì)化鎂合金的有效異質(zhì)形核化合物顆粒。Mg-6Ce和Mg-3Ce合金中添加一定量的Al后，晶粒明顯細(xì)化。組織分析表明，在α-Mg凝固之前原位形成了具有異質(zhì)形核作用的 Al2Ce顆粒，其位于晶粒中心且與鎂基體具有良好晶體學(xué)匹配性。
　　研究表明，添加Al細(xì)化的Mg-6C

7、e合金拉伸性能得到顯著提高，基于組織分析，闡述了性能的提高是由于晶粒細(xì)化和纖維狀A(yù)l11Ce3的強(qiáng)化作用。高溫晶粒穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，Al與Zr細(xì)化的Mg-3Ce合金晶粒都具有良好的高溫穩(wěn)定性，主要是因?yàn)楦邷叵戮Ы绶植嫉姆€(wěn)定相 Al11Ce3和 Mg12Ce的釘扎作用，然而 Al細(xì)化的Mg-3Ce合金室溫和高溫壓縮性能明顯優(yōu)于添加Zr的合金。
　　總結(jié)認(rèn)為，如果鎂合金中Al2X顆粒能起到異質(zhì)形核的作用，需同時(shí)滿足三個(gè)方面的條件：首先A