【文章內(nèi)容簡介】 陷 ， 使合金 抗氧化性 和耐蝕性大大提升 。 當(dāng)稀土 Nd 在 合金中 的 含量 較 高時 ， 會生成大量的 AlNd 團(tuán)聚物 和 MgNd 相 ，其 分布 較為彌散 不均 。 新生的 AlNd 團(tuán)聚物 和 MgNd 相 ， 由于較為彌散，影響 了 Nd 顆粒相的 分布 ， 降低了其 彌散強化 的 作用 ， 影響了 合金成分 ，使合金成分分布變的 不均勻 ，這就會 引起應(yīng)力集中 現(xiàn)象 的發(fā)生 ， 使得合金性能 大大的 降低 [3]。 由于 稀土 Nd的加入 ，能夠 使 AZ91鎂合金的鑄態(tài)組織 明顯細(xì)化 ，晶粒尺寸明顯變小 ， 并且由于 Al3Nd、 A12Nd等 鋁 稀土 相 的形成， 使得 β(Mg17Al12)相的 數(shù)量減少 。 Nd與 Al形成的 新 相 Al3Nd、 A12Nd等 鋁 稀土 相 ，其 分布不均，較為彌散，能夠 對合金基體起到很好的 彌散強化 的作用 ，同時，稀土 Nd也 能夠?qū)辖鹌鸬?一定 固溶強化作用 ，在兩種作用共同作用下，使 AZ91鎂合金 的綜合力學(xué)性能大大提高 ，其硬度和強度大大提高 。 由于 稀土 Nd含量 漸漸增大 ， 在 室溫、 150℃ 和 250℃ 時， AZ91鎂合金 的 強度都呈現(xiàn) 先 增 后 減的趨勢 ， 在稀土 Nd含量為 1％ ， 150℃ 時， AZ91鎂 合金的強度 出現(xiàn)了最大值 ， 其強度為 203Mpa； 隨著 Nd含量的 增大， AZ91鎂合金的延伸率 也呈現(xiàn) 先 增內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 后 減 ， 當(dāng) 在 AZ91鎂合金 中加入 2％ 稀土 Nd時 ， AZ91鎂 合金的延伸率最大 ， 其延伸率為 ％ ，此時， AZ91鎂合金 不但具有較好的塑性，同時還具有較高的強度 ， 其 強度為 196MPa。 從研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)稀土 Nd的加入 量在 1％～ 2％之間 時 ， AZ91鎂合金的高溫性能 提升最為明顯 。 結(jié)果顯示 ， 在 AZ91鎂合金中 加入 稀土 Nd，細(xì)化了合金組織，改善了其 機(jī)械性能 ， 使得 AZ91鎂合金 應(yīng)用范圍擴(kuò)大，不僅用在了 汽車的發(fā)動機(jī)上，也應(yīng)用在飛機(jī) 螺旋槳 、電腦 外殼 等 上。由于稀土 Nd的使用會增加制造成本，因此，在滿足構(gòu)件性能要求的情況下，應(yīng)該盡可能降低 稀土 Nd的含量，減少成本，同時也能夠節(jié)約資源。 稀土 Er 對 AZ91 鎂合金組織與 性能的影響 向 AZ91 鎂 合金中添加 一定含量 的 Er， 可以 對 合金基體中 粗大的 Mg17Al12 相 ，起到很好的 細(xì)化 作用 ， 使 基體中 Mg17Al12相顆粒 數(shù)量增 多 。稀土 Er 的加入， 使合金基體中的 Mg17Al12 相 的幾何尺寸變得更 小， 其 分布 也變得 更為 均勻 。 同時 ， 把 稀土Er 加入 到 AZ91 鎂 合金 ， 可以 明顯 細(xì)化 AZ91 鎂 合金 的鑄態(tài) 顯微 組織 ， 有效 提高 AZ91鎂 合金 的 屈服強度 和力學(xué)性能 ； 并且 ， 稀土元素 Er 和鎂合金基體中 Al 元素化合形成新的 Al3Er 相 ，新相的形成消耗了基體中的一部分 Al， 使得 合金中 Mg17Al12 相 的數(shù)量 大大減少 ， 使 Mg17Al12 相 變的彌散分布 ， 彌散分布的 Mg17Al12 相 減弱了 對基體的割裂作用 ； 除此之外 ， 新 形成的稀土 Al3Er 相 由于分布較為彌散，能夠?qū)辖鸹w 起到 很好的 彌散強化作用。 在 這些原因 的綜合作用 下 ， 很好的改善了 AZ91 鎂合金的強度 。 除此之外，在合金 冷卻 和 凝固 的 過程中，新生成的 Al3Er 相有一部分會聚集 在固 /液界面周圍 ，影響了其他原子的移動，有效阻礙了晶粒的長大 ， 在 合金 凝固后 ，新生成的 Al3Er 相會 存在于晶界上 ， 打斷了晶粒 彼此 之間的 相互 連接 ， 使得合金在 進(jìn)行 拉伸 試驗 時 ，由于 晶粒之間的連接 被打斷， 容 易在基體處誘發(fā)裂紋 ， 導(dǎo)致合金產(chǎn)生缺陷，使 合金的塑性 大大降低 ， 并且合金的延伸率也 減小 。 研究顯示 ， 當(dāng)稀土 Er 的 加入 量在 ％ ％ 之間 時 ， 使得 AZ91 鎂合金的鑄態(tài)組織 得到 顯著 的 細(xì)化 。 并且 ，在 Al3Er 相的 對合金基體的 細(xì)晶強化及 稀土 Er 對合金基體的 彌散強化的共同作用 下 ， 合金的室溫拉伸性能得到 明顯提高 [4]。 稀土 Pr 對 AZ91D 鎂合金組織和性能的影響 據(jù)現(xiàn)有 研究 表明 ， 在 AZ91D 鎂合金 加入 少量稀土元素 Pr，能夠細(xì)化合金 細(xì)微組織 ，并且提高其 力學(xué)性能 ， 能夠 很好的 細(xì)化 AZ91DPr 鎂合金 的 鑄態(tài) 組織 ， 并且在基體中 形成了 A1Pr 新相 ，其形狀一般為 針狀 或 桿狀 ； 當(dāng) Pr 加入 量為 ％ 時 ， 能夠明顯細(xì)化 AZ91DPr 鎂合金 晶粒 ，并且其 細(xì)化效果較 為顯著 ， 而且其 室溫 屈服強度、克內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 拉強度等 力學(xué)性能 明顯改善 [4]。加 入 稀土元素 Pr 后 ， AZ91D 鎂合金的顯微組織組成為 塊狀 的 αMg基體相和 彌散 分布的 βMgl7All2相 ， 其中 αMg基體相 又分為 初生 αMg相 和 共晶 αMg 相 ； βMgl7All2相 分為 共晶 βMgl7All2相 和二次析出 β 相。初生 αMg相的尺寸 比 較大 ； 最先生成塊狀的 初生 αMg 相 ，后產(chǎn)生的 共晶 產(chǎn)生的 αMg 相 與共晶 形成的 βMgl7All2相 會 圍繞在 初生 αMg 相的周圍 ， 其中共晶 生成的 αMg 相 形狀為 為 連續(xù)網(wǎng)狀 ， 分布在 共晶 的 βMgl7All2 相 四周 ； 與之不同 ， 共晶 產(chǎn)生的 βMgl7All2相 則呈現(xiàn)出 一塊一塊的 的骨骼狀 ， 幾何尺寸較大 ， 其分布也不同，一塊一塊，彌散 分布在 αMg 相的晶界上 ； 對于 二次析出 β相 ， 其分布 范圍比 較廣 泛 ， 廣泛分布 在共晶析出 βMgl7All2 相周圍。 研究顯示 ， 伴 隨 Pr 含量的 漸漸 增加 ， AZ91DPr 鎂合金的強度 也漸漸 增大且 塑性逐步 提高 ， 在 Pr 含量為 ％時 ， AZ91DPr 鎂合金 強度和塑性均為最好 ， 隨著 Pr 含量的 繼續(xù)增加 ， 強度和塑性反而有所下降 。 這是因為 ， 當(dāng) Pr 含量為 ％時 ， 合金晶粒 大小基本不會改變 ， 沒有明顯的 細(xì)晶強化效果 ， 并且 也不會 生成 稀土金屬間化合物 ，也就不會 存在析出強化作用 ； 而當(dāng) Pr 含量為 ％時 ， 合金晶粒 得到 明顯 細(xì)化 ， 在晶界處形產(chǎn)生了更為 細(xì)小 的 A1Pr 金屬間化合物 ， 對合金產(chǎn)生 細(xì)晶強化 作用 ， 由于有新相 A1Pr 生成 ， 合金會發(fā)生 析出強化作用 ， 所以合金 強度 有很大提高 ； 當(dāng)合金中 Pr含量為 ％時 ， 新相 AlPr 尺寸增大 ， 發(fā)生 粗化 ， 析出強化作用 明顯 降低 ， 使 合金的強度 有所 下降。 合金晶粒尺寸 的大小基本決定著 合金的塑性 的好壞 。當(dāng) Pr 含量為 ％時 ， AZ91DPr 合金的細(xì)微 組織得到了細(xì)化 ， 所以 合金 伸長率的最大 ； 而 當(dāng)合金中 Pr含量 變 為 ％時 ， 由于 新相 AlPr 尺寸變大 ， 發(fā)生粗化 現(xiàn)象 ， 使得 AZ91DPr 合金的延伸率在一定程度上 降低 [5]。 稀土 Y 對 AZ91 鎂 合金組織和性能的影響 把 不同含量稀土元素 Y分別 加入 在鑄造鎂合金中 ， 然后 讓其 在 430℃ 下 進(jìn)行 固溶 ，最后使其在不同溫度和時間 內(nèi) 時效 ， 根據(jù)現(xiàn)象來 分析 AZ91鎂合金 的 顯微組織 、 金相結(jié)構(gòu) ， 以此來 測定其顯微硬度 的變化，以及 研究 不同 的 熱處理方式對 AZ91鎂合金 的金相結(jié)構(gòu)、顯微組織和室溫力學(xué)性能的影響。在 AZ91鎂合金 中加入一定量的稀土元素 Y， 實驗 結(jié)果發(fā)現(xiàn) ， AZ91鎂合金 的顯微 結(jié)構(gòu)和組織形態(tài) 發(fā)生 了 較為明顯的 變化 ， 并且其 力學(xué)性能 也 得到了極大地改善 ； 在一開始，加入少量的 稀土 Y時 ， 經(jīng)過固溶和 時效處理后 ， AZ91鎂 合金 中 ， 彌散分布 的 顆粒相 數(shù) 量 有所增加 ； 而當(dāng) Y的含量為 1％左右 時 ， AZ91鎂 合金 經(jīng)過 固溶 +時效處理 后 ， 鎂合金的硬度 不會發(fā)生明顯改變 。 在 AZ91鎂 合金 中 ， Mg元素和 Al元素 化合 生成的 穩(wěn)定性較的 Mg17Al12相 ， 再加入稀土元素，生內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 成了鋁 稀土化合物，都會 對鎂合金的力學(xué)性能 產(chǎn)生很大 影響 ， Mg17Al12相 和鋁 稀土化合物 數(shù)量的多少、尺寸的大小、分布 狀態(tài) 和穩(wěn)定性 ， 都是影響鎂合金力學(xué)性能的因素 [6]。 在 AZ91鎂 合金 中 ， 加入少量 的稀土 Ca， 會 在 一定程度 上 提高 β相的穩(wěn)定性 ， 也就會 提升 鎂合金的高溫性能。 由于 稀土 Y的加入 ， 促進(jìn) 了 β相的析 出 ， 從而產(chǎn)生了穩(wěn)定的 β相 ， 并 且使其 形態(tài)、大小和分布 都有所改善 ， 同時還有 生成了 少量稀土相 ， 顯著提高 了 AZ91鎂 合金的硬度。 在經(jīng)過 430℃ 固溶處理后 ， 在加入 稀土 Y的試樣 中依舊 大量 基體 相 和析出的 β相 ， 從而 說明 了稀土 Y能夠使 β相等析出相 能夠 變得更加穩(wěn)定 ， 由于稀土原子尺寸較大，所以 稀土 Y能夠?qū)?固溶后 AZ91鎂合金 起 到 較強的固溶強 化 ， 但由于 實 驗 過程中 ， 在 合金 中 的 稀土 Y添加 量 比 較低 ， 所以其 對基體 整體 的 固溶量不大 ，并且 固溶 作用 會相應(yīng)減少 彌散強化作用 的效果 ， 因此 在 固溶態(tài)時 ， AZ91鎂合金 硬度反而沒有 鑄態(tài)的 高 。 在 AZ91鎂 合金 中 加入 少 量 的 稀土元素 Y， 能夠 細(xì)化 AZ91鎂 合金中的 顆粒相 ，使其 含量 大大 增加 、 分布 狀態(tài)變得 更加彌散 ， 隨著元素 稀土 Y的 加 入 ，合金中的 顆粒相的 數(shù) 量增加 ， 顯微硬度 明顯 提高 [6]。 稀土 Ce 對 AZ91D 鎂合金固溶時效組織的影響 研究 發(fā)現(xiàn) ， 在 AZ91D鎂合金 中加入 一定量的 稀土元素 Ce， 再 經(jīng)過 固溶 和 時效 處理 ， 結(jié)果 發(fā)現(xiàn) 在 AZ91D鎂合金 顯微 組織有所 變化 。在 420℃ 時，對 在 AZ91D鎂合金 進(jìn)行固溶處理 ， 保溫處理 12個 小時 后 ， 發(fā)現(xiàn) 在不加稀土的 AZ91D鎂合金中 ， βMgl7All2相 基本已經(jīng) 全部 分解 ； 但是在 含稀土鈰 的 AZ91D鎂合金中 ， βMgl7All2相 分解 時間 明顯延長 ，分解不太完全 ， 并且在 420℃ 時 ， 針狀鋁 鈰相 不會 發(fā)生分解。 在 175℃ 下 ，進(jìn)行時 效處理 發(fā)現(xiàn) ， 析出 生成 了 βMgl7All2相 ，其主要分布在晶界處 ， 并 且 βMgl7All2相 和共晶析出的 aMg相一起形成了 片層 狀 的組織 ； 繼續(xù)延長時效時間 ，當(dāng)對 AZ91D鎂合金 進(jìn)行時效 達(dá)到 18小時 左右 時 ， 會明顯發(fā)現(xiàn)， 合金 組織基本都變成了 該片層 狀 ；再 繼續(xù) 增大 時效時間 ，超過 20個小時之后 ， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在 合金基體 組織中 形成了 粗大的 塊狀 βMgl7All2相。 這表明 ， 在 時效過程 中 ， 稀土 鈰能夠 明顯 抑制 βMgl7All2相的析出 和生產(chǎn) 。 測定硬度發(fā)現(xiàn) ， 在時效 18小時 左右 時 ， 此時 時效硬度 出現(xiàn)最大 峰值 ， 這時合金 組織 基本全部 都已成 為片層組織。 由于 加入 了 稀土鈰 ，使得 時效峰值的出現(xiàn) 時間大大的延緩 [7]。 稀土 La 對 AZ91D 鎂合金耐蝕性的影響 加入 1％的量 的 稀土 La后 ， 發(fā)現(xiàn) 在 AZ91D鎂 合金中 ， 不但新生成了許多 Al11La 3相 ，其形狀呈現(xiàn)為 條狀 ， 并且還生成了許多 塊狀的 Al8LaMn4相 ， 而且粗大 β相 (Mg17All2)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 得到了細(xì)化 ， 并且 在其周圍 產(chǎn)生 許多 新生的 細(xì)小的層片狀 β相 ，緊緊圍繞著 粗 大 β相(Mg17All2)， 這些細(xì)小的層片狀 β相 彼此 相互連接 ， 增加了 β(Mg17All2)相 之間的連接 ，使 的 β(Mg17All2)相 變的更加 網(wǎng) 狀化 ， 進(jìn)而更好 更有效 地 阻礙了腐蝕的擴(kuò)展 ， 時 AZ91D鎂合金的耐蝕性 進(jìn)一步提高 ，增加了其應(yīng)用范圍 。 這些 新生 成的 Al11La 3相 和 Al8LaMn4相 分布彌散，而且都