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。本課題針對鎂合金存在機械性能偏低的問題,特別是強度和塑韌性有待進一步提高的實際使用要求,以廣泛使用的鑄造鎂合金AZ91D鎂合金為研究對象,通過添加稀土元素鈰和釔,研究稀土元素的存在形式以及對鑄態(tài)和時效處理性能的影響,以期改善AZ91D鎂合金的性能并對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添加稀土的鎂合金進行了研究。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相增多并聚集長大。稀土能夠改善鑄態(tài)AZ91D鎂合金的機械性能,當(dāng)Ce的加入量在0.8％時抗拉強度最大為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,抗拉強度最大為190.6MPa,

3、延伸率為6.3%,硬度值最大為67.8HV。故在一個適宜的稀土加入量條件下,抗拉強度較未加稀土?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)解理臺階,部分區(qū)域出現(xiàn)韌窩。稀土有其適宜的加入量,過量的稀土將有損鑄態(tài)鎂合金的機械性能。對固溶和時效過程以及性能的分析表明,420℃固溶處理時,AZ91D

4、鎂合金經(jīng)12小時保溫,β-Mg17Al12相分解基本完成;而添加稀土的鎂合金,其β-Mg17Al12相分解的時間增長;Al-RE相在該溫度下不發(fā)生分解。175℃時效處理時,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)時效約18小時時,合金全部形成該片層組織;若繼續(xù)延長時效時間,組織中出現(xiàn)塊狀的β-Mg17Al12相。稀土對固溶過程β-Mg17Al12相的分解和時效過程β-Mg17Al12相的析出具有一定的抑制作

5、用。硬度測定表明,當(dāng)合金全部為片層組織時對應(yīng)著時效硬度峰值,稀土的加入延緩了時效峰值的出現(xiàn)。合金經(jīng)420℃固溶+175℃18h時效處理后,抗拉強度有明顯的提高,延伸率稍有提高。隨著Ce或Y添加量的增加,合金的抗拉強度均呈現(xiàn)出先增后降的趨勢。并當(dāng)Ce的加入量在0.8%,Y的加入量為1.2%時,抗拉強度σb分別達到最大,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%