稀土鈰釔在AZ91D鎂合金中的存在形式及作用.pdf

1、鎂合金是目前最輕的結(jié)構(gòu)材料,極具應(yīng)用潛力。本課題針對(duì)鎂合金存在機(jī)械性能偏低的問(wèn)題,特別是強(qiáng)度和塑韌性有待進(jìn)一步提高的實(shí)際使用要求,以廣泛使用的鑄造鎂合金AZ91D鎂合金為研究對(duì)象,通過(guò)添加稀土元素鈰和釔,研究稀土元素的存在形式以及對(duì)鑄態(tài)和時(shí)效處理性能的影響,以期改善AZ91D鎂合金的性能并對(duì)稀土的作用行為給予解釋。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和X射線衍射分析等方法對(duì)添加稀土的鎂合金進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,稀土在鑄態(tài)鎂合金中主要以三種形式

2、存在,即固溶于α-Mg固溶體、固溶于β-Mg17Al12金屬間化合物及形成Al-RE相。隨著稀土加入量增加,AZ91D合金鑄態(tài)晶粒逐漸細(xì)化,大塊網(wǎng)狀分布的β-Mg17Al12相斷網(wǎng)并減少,組織中針狀A(yù)l4Ce相和塊狀A(yù)l2Y相增多并聚集長(zhǎng)大。稀土能夠改善鑄態(tài)AZ91D鎂合金的機(jī)械性能,當(dāng)Ce的加入量在0.8％時(shí)抗拉強(qiáng)度最大為185MPa,延伸率變化不大,硬度值最大為68.3HV;當(dāng)Y的加入量為1.2%時(shí),抗拉強(qiáng)度最大為190.6MPa,

3、延伸率為6.3%,硬度值最大為67.8HV。故在一個(gè)適宜的稀土加入量條件下,抗拉強(qiáng)度較未加稀土?xí)r159.5Mpa有所提高,延伸率也高于未加稀土?xí)r3.4%。相比而言,Y比Ce能更好的提高機(jī)械性能。在鑄態(tài)鎂合金中,未添加稀土元素的合金斷口為解理,添加稀土元素的合金其斷口形貌明顯不同,出現(xiàn)準(zhǔn)解理臺(tái)階,部分區(qū)域出現(xiàn)韌窩。稀土有其適宜的加入量,過(guò)量的稀土將有損鑄態(tài)鎂合金的機(jī)械性能。對(duì)固溶和時(shí)效過(guò)程以及性能的分析表明,420℃固溶處理時(shí),AZ91D

4、鎂合金經(jīng)12小時(shí)保溫,β-Mg17Al12相分解基本完成;而添加稀土的鎂合金,其β-Mg17Al12相分解的時(shí)間增長(zhǎng);Al-RE相在該溫度下不發(fā)生分解。175℃時(shí)效處理時(shí),β-Mg17Al12相在晶界處析出,并與α-Mg構(gòu)成片層相間的組織;當(dāng)時(shí)效約18小時(shí)時(shí),合金全部形成該片層組織;若繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間,組織中出現(xiàn)塊狀的β-Mg17Al12相。稀土對(duì)固溶過(guò)程β-Mg17Al12相的分解和時(shí)效過(guò)程β-Mg17Al12相的析出具有一定的抑制作

5、用。硬度測(cè)定表明,當(dāng)合金全部為片層組織時(shí)對(duì)應(yīng)著時(shí)效硬度峰值,稀土的加入延緩了時(shí)效峰值的出現(xiàn)。合金經(jīng)420℃固溶+175℃18h時(shí)效處理后,抗拉強(qiáng)度有明顯的提高,延伸率稍有提高。隨著Ce或Y添加量的增加,合金的抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)。并當(dāng)Ce的加入量在0.8%,Y的加入量為1.2%時(shí),抗拉強(qiáng)度σb分別達(dá)到最大,為232MPa和239MPa,分別較未加稀土?xí)r效后的223MPa提高3.9%和6.7%,延伸率分別為5.24%和6.44%