稀土元素对AZ61镁合金微观组织及力学性的影响

题名:稀土元素对AZ61镁合金微观组织及力学性的影响
作者:康云
学位授予单位:太原科技大学
关键词:铈;;钇;;AZ61镁合金;;显微组织;;力学性能;;Miedema生成热模型
摘要:
 镁合金是目前应用的最轻的工程结构材料,具有许多优异的性能,如比强度和比刚度高,电磁屏蔽性、减震性、散热性好,以及优异的加工性能和铸造性能等优点,被誉为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”。镁合金材料已被广泛应用于汽车、通讯和航空航天等相关行业。但是,镁合金的室温韧性低、rare earth magnets屈服强度低、塑性变形能力较差,长期以来阻碍了镁合金的发展与应用。
 本文以AZ61合金为基,通过合金熔炼制备、微观组织和光学金相分析(OM)、扫描电境(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线扫描分析(XRD)、拉伸性能、冲击韧性、显微硬度等力学性能分析和测试手段,研究了稀土元素Ce、Y对AZ61镁合金微观组织和力学性能的影响。
 研究结果表明:适量稀土元素Ce和Y能够明显改善AZ61镁合金的显微组织,提高合金室温和高温强度,合金的延伸率也得到提高。主要结果及作用机制如下:
 1.适量稀土Ce的加入可显著改善镁合金的显微组织,与AZ61合金铸态组织相比,组织中的β相数量减少、形态变细,铸态晶粒细化;大部分铈与铝结合生成高熔点、高热稳定性的稀土相AlCe3;固溶处理后,β相完全溶解而稀土相则以针状或杆状存在于晶界周围;适量的加入稀土铈可提高AZ61合金的室温及高温强度、硬度和延伸率;而过量的稀土铈则会导致AZ61合金的性能下降;Ce加入量为1.0%时,细化及强化效果最为明显。
 2.在合金中加入稀土钇后,合金的显微组织和力学性能均有较大改善,其作用的主要机制是:其一,Y与Mg的晶格结构相似,原子半http://www.chinamagnets.biz/径相差不大,可作为Mg的异质核心,从而细化晶粒,起到细晶强化的作用;其二,Y在镁中的溶解度较大,可起到固溶强化作用;第三,稀土Y与合金中的Al生成稀土硬质相Al2Y3,从而提高了合金的显微硬度,熔点极高的稀土相也可以提高合金的高温力学性能。
 3.混合添加稀土Y和Ce对合金的显微组织及室温和高温力学性能均有较大影响。Y的固溶强化、Y和Ce的细晶强化及第二相析出强化三种强化机制共同作用,使合金的室温和高温力学性能都得到显著提高,本实验中混合稀土钇、铈的含量为1.0%Y、1.0%Ce时合金可得到较佳的力学性能。
 4.利用Miedema生成热模型对稀土相的形成进行了分析,解释了其存在的必然性。经简化计算得到Ce与Al间的生成热为-3.117KJ·mol-1,而Ce与Mg的生成热为-0.0258KJ·mol-1,表明Ce与Al具有比Mg大得多的亲和力,Al-Ce稀土相的形成有其必然性,结合XRD测试结果知稀土相为AlCe3。
学位年度:2009