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稀土元素和Ti对ZM5镁合金组织和性能的影响

发布时间:2013-12-05作者:admin浏览量:

摘要:用金相显微镜、X射线衍射仪分析了添加稀土元素Y、Nd和钛中间合金的Mg-8.5Al>0.5Zn(ZM5)合金的组 织和相组成,测试了合金的室温力学性能。结果表明,添加稀土元素Y、Nd的ZM5镁合金中出现了新的镁-稀土 相MgY、Mgl2Nd,而在同时添加稀土元素Y、Nd和钛中间合金的合金中,还出现了新相Ti2Mg3Al18;添加稀土元素 Y、Nd的ZM5镁合金在拉伸性能、硬度以及组织都明显优于ZM5镁合金,而同时添加稀土元素和Ti合金的镁合 金其性能又显著优于单独添加Y或Nd的合金。

镁合金具有质地轻、减震性能优异、无毒性、易于 因此,加速我国的稀土镁合金研究有着非常积极的意
回收再利用、有利环保等特点,被誉为“21世纪绿色工 程材料”,并被作为21世纪的重要战略物资⑴。由于 镁合金的加工性能不够理想,所以大多作为铸造件应 用。在铸造镁合金中,美国的AZ91系列合金的应用 最广[2~5]。国内镁合金牌号中ZM5镁合金与AZ91合 金在成分上比较接近。传统的铸造镁合金在较高温度 下(高于150乞)蠕变时,由于|3相在晶界处的非连续 析出,恶化了合金的性能[6’7]。基于这一事实,有些研 究者通过降低A1的含量来减少非连续|3相的数 量[8],而多数研究者则通过添加其它组元来阻止非连 续析出相w。稀土元素在冶金、材料领域中有着独特 的应用,主要因为其能净化合金熔液、改善合金组织、 提高合金力学性能等[1°]。我国的镁和稀土资源丰富,
义。钛中间合金在铝合金中已被广泛用于细化晶粒, 研究其对镁合金晶粒细化效果同样具有一定现实意 义。本文通过在ZM5镁合金基础上添加稀土 Y、Nd 以及Ti中间合金,探讨了合金的铸态和固溶态组织的 变化以及与性能之间的关系,以期对ZM5镁合金的进 一步改性提供一定的参考依据。

1试验材料及过程

试验所用镁合金为ZM5镁锭,厂方提供成分(质 量分数,%)为 8.5Al、0.5Zn、0. 35Mn、莓 0.25Si、^ 0.08Fe、<0.01Ni、<0. OICa,其余为镁。稀土元素钇 (Y)、钦(Nd)分别以Mg-Y、Mg-Nd的中间合金形式加 入。Ti以德国HA公司生产的中间合金方式加入,加 入量为0.2% wt。

试验样品合金采用熔炼浇铸方法制备。擦炼炉为 KGPS-LUN-1型感应加热变频炉,熔炼坩埚材质为低 碳钢,选用RJ-2熔剂。当温度达到700 ~7201时,加 入Mg-Y、Mg-Nd的中间合金,全部熔化后搅拌5 ~ 8min,使成分均?颉=街?露任?20 ~780乞。固溶处 理在YZH>602型烘箱中进行,工艺为(415 ±5尤)x 20h。固溶处理时试样装在铁盒中,并加入一定量的保

2.1稀土元素对铸态ZM5镁合金显微组织的影响

图丨为各种镁合金铸态组织及其■图谱从 XRD图谱中可以看出,ZM5系镁合金显微组织由基体 固溶体ot-\lg相和分布在晶界周围的网状共晶组织P-磁|21\1§|7相组成。当分别或综合加人稀土元素Y、Nd 和Ti中间合金后,则出现了 %Y、Mgl2I\d、Ti2M&Alia 等相而在显微组织上可以看出,铸态ZM5镁合金主 要由a-Mg固溶体及分布在晶界周围的网状共晶组织 p-Mg|7All2组成(如图la,U'所示)、当加人稀土元素 Y、Nd后,cx-Mg枝晶细化,部分共晶组织断开,并在晶 界上生成片状化合物,如图lhc所示。同时加人Y、 Md、Ti后,其铸态晶粒比单独加入Y或义1的都要细 小,p-Mgl7All2相和少量共晶组织完全断开,如图Id, 1<1'所示3

2.2稀土元素对固溶态ZM5镁合金组织的影响

ZM5镁合金在415弋士5弋的温度下固溶处理20h 后的显微组织如图2所示。从图2可以看出,大部分 Mg,7Al,2都溶于a基体中,而加人Y或Nd的试样中的 p-Mgl7All2也大多溶于基体中,所不同的是添加稀土 Y、Nd的ZM5镁合金中都出现了新的析出相加人混 合稀土的试样不仅晶粒得到细化,且都析出了棒状和 杆状的析出相,其尺寸和形貌与ZM5镁合金相比都发 生了明显变化,加人混合稀土的合金固溶后基体明显 优化,且析出相增多,表明这些相具有较高的热稳定 性。