AZ31+1％RE+1%Sb鎂合金中球狀稀土相形成研究.pdf

1、鎂合金作為市場(chǎng)上可用的最輕的合金，具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，較好的阻尼減振性能，易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，但是，絕對(duì)強(qiáng)度不高，塑性加工能力較差，耐腐蝕性能差等缺點(diǎn)，同時(shí)也對(duì)鎂合金的繼續(xù)推廣利用造成了阻礙。在含鋁鎂合金中添加 RE和 Sb，不僅可以充分發(fā)揮稀土的作用，而且生成了球狀稀土相，使含鋁鎂合金的綜合力學(xué)性能得到明顯提高。但是RE和Sb合金化含鋁鎂合金的作用機(jī)理尚不清楚，一定程度上限制了通過稀土合金化手段進(jìn)一步提高含鋁鎂鋁合金綜合性能的進(jìn)

2、行。
　　本課題的主要研究對(duì)象是AZ31+1％RE+1%Sb合金，分別從熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和晶體學(xué)三個(gè)角度分析合金體系中第二相的析出行為，以及球狀稀土相的形成機(jī)制。我們利用Miedema模型與活度計(jì)算模型，結(jié)合相圖，對(duì)RE-Sb相、Mg-Sb相、Al-RE相和 Mg-Al相在合金凝固過程中的析出順序做了相應(yīng)的分析。通過液淬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了合金的實(shí)際凝固過程，得到了合金凝固不同階段的液淬試樣，結(jié)合OM、SEM、EDS等檢測(cè)手段，得到了RE-S

3、b相和Mg-Sb相形核生長(zhǎng)過程中的形貌演變規(guī)律，得到了RE-Sb相與Mg-Sb相、RE-Sb相與Al-RE相的實(shí)際析出次序。利用背散射衍射（EBSD），得到了第二相的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，通過分析比較，研究了RE和Sb對(duì)合金的作用機(jī)理和CeSb相的生長(zhǎng)機(jī)制。主要結(jié)論如下：
　　通過熱力學(xué)計(jì)算可知，RE和 Sb之間的結(jié)合能力最強(qiáng)，RESb相的存在優(yōu)先析出的可能性。緊接著，從熱力學(xué)角度對(duì)合金系中的第二相析出順序做出分析：RE、Sb混合加入AZ

4、31鎂合金后，首先生成RE-Sb相；之后，若RE有剩余，則優(yōu)先生成Al-RE相，若Sb有剩余，則優(yōu)先生成Mg-Sb相；緊接著，隨著α-Mg基體的凝固，Mg-Al相逐漸形成。在AZ31+2%RE+1%Sb合金組織中，發(fā)現(xiàn)了顆粒狀的RE-Sb相與針狀的Al-RE相共存，在AZ31+1%RE+2%Sb合金組織中，發(fā)現(xiàn)了顆粒狀的RE-Sb相與長(zhǎng)條狀的Mg-Sb相共存。上述現(xiàn)象與熱力學(xué)分析的結(jié)果相符，同時(shí)也說明熱力學(xué)分析對(duì)合金成分設(shè)計(jì)具有一定的借

5、鑒意義。
　　在動(dòng)力學(xué)研究中，將AZ31+1%RE+1%Sb合金加入RE和Sb之后的熔煉過程分成四個(gè)階段，分別是：780℃溫度下15min的保溫階段；從780℃到720℃的爐冷階段；在720℃溫度下20min的保溫階段；合金離開熔煉爐之后的水冷階段。液淬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了這四個(gè)階段，制得了不同階段的液淬試樣。通過液淬實(shí)驗(yàn)，研究了第二相的析出行為：RE-Sb相在熔煉過程的第二階段就開始形核長(zhǎng)大，生長(zhǎng)過程中保持了顆粒狀的形態(tài)，最終分布在α-M

6、g基體的晶粒內(nèi)部；Mg-Sb相在熔煉過程的第三階段和第四階段形核長(zhǎng)大，形貌上逐漸相長(zhǎng)條狀轉(zhuǎn)化。RE-Sb相先于Mg-Sb相和Al-RE相形核長(zhǎng)大，這印證了熱力學(xué)計(jì)算的結(jié)果。
　　晶體學(xué)研究中，通過EBSD實(shí)驗(yàn)，確定了RE-Sb相（Ce-Sb相）、Mg-Sb相、Al-RE相（Al-Ce相）、Mg-Al相和α-Mg相的晶體結(jié)構(gòu)，通過點(diǎn)陣錯(cuò)配度的計(jì)算，判定CeSb相能夠作為α-Mg基體的形核襯底，分布于基體晶粒內(nèi)部可以起到細(xì)化晶粒的作用

7、。Mg3Sb2相和Al4Ce相可以作為Mg17Al12相的形核襯底，分布于基體晶界上，起到細(xì)化晶粒和打散Mg17Al12相網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的作用。
　　在AZ31+1%RE+1%Sb合金的凝固過程中，外部生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)CeSb相的相貌沒有太大約束力，決定CeSb相形貌的主要因素是其晶體結(jié)構(gòu)。分析比較了CeSb相的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其擁有較完整的晶體對(duì)稱性，三個(gè)低指數(shù)晶面按照面密度從大到小順序排列為{111}>{100}>{110}.而且三個(gè)晶面的