合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的影响

题名:合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的影响
作者:范艳艳
学位授予单位:太原科技大学
关键词:AZ91D镁合金;;合金元素(La、Nd和Ce);;显微组织;;力学性能
摘要:
 镁合金是最轻的工程结构材料,具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼
性能好、电磁屏蔽、机械加工性能好、优异的加工性能和良好的铸造性能等优点
,近年来成为汽车和电子行业的重要轻质材料。其中,AZ91镁合金是工业中应用最
为广泛的一种铸造镁合金,但是该neodymium magnets合金的高温性能差,工作温度超过120℃后不能
用于结构件,这大大限制了它作为轻质结构材料的应用范围。稀土元素是改善镁
合金高温性能最有效的元素,在耐热镁合金中,稀土镁合金占有特殊的地位,目前
世界各国稀土镁合金牌号已占镁合金总数的50%以上。本论文以AZ91D镁合金为基
,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、拉
伸试验及硬度测试等多种分析和测试方法,系统地研究了La、Nd和Ce对AZ91D镁合
金组织和力学性能的影响。
 研究结果表明,适量稀土La、Nd和Ce的加入
能够明显细化AZ91D镁合金的显微组织,改变合金的组织形态和析出相形貌,同时
提高合金的硬度、室温和高温强度、以及合金的伸长率。在AZ91D合金中加入稀
土元素La后,随着La加入量的增加,合neodymium magnets金的力学性能呈现先升高后降低的趋势,当
其加入量为1.0%时,合金的硬度、室温和200℃高温抗拉强度均达到最大值,分别
为74.7HB、217MPa和159MPa,比未加时AZ91D合金的性能相比分别提高了31.6%、
26.2%和27.2%,合金的室温和高温伸长率也各达到最大值2.8%和9.5%,比未加时分
别提高了124%和141%。
 在AZ91D合金中加入Nd后,因稀土元素与Al有很大的亲
和力而形成了沿晶界分布的针状或块状稀土相Al_3Nd,它能够有效钉扎晶界,阻止
晶界滑移,细化晶粒,并提高合金的力学性能。Nd对AZ91D镁合金组织的主要细化
机制为:一方面,生成的Al_3Nd为面心立方结构,且晶格常数与Mg_(17)Al_(12)相
近,所以它可以作为β-Mg_(17)Al_(12)相的形核剂,促进晶核的形成;另一方面,
在合金中加入的稀土元素Nd在凝固过程中会富集于固/液界面前沿,使合金在凝固
过程中产生成分过冷,从而促进了等轴晶的形成,细化了合金组织。当Nd的加入量
为0.4%时,合金的室温和200℃高温抗拉强度均达到最大值,分别为227 MPa和
158.52 MPa,室温和200℃高温的伸长率分别为3.35%和10.55%。
 当加入
Nd和Ce复合稀土时,合金中网状的Mg_(17)Al_(12)相大部分开始断网,呈骨骼状或
粒状弥散分布于合金的晶界和晶内,并且在组织中出现了大量针状或粒状分布的
稀土化合物相Al2Nd和Al4Ce。在细晶强化、析出相强化和固溶强化三种强化机制
的共同作用下,合金的组织neodymium magnets和性能都得到了明显的改善。研究表明,当加入1.0%Nd
和0.6%Ce时的组织细化效果最好,此时,室温和200℃高温抗拉强度也分别达到了
最大值228MPa和161.9MPa,比未加时AZ91D合金的172 MPa和125MPa分别提高了约
32.6%和29.4%;而室温和高温伸长率也达到最大值3.2%和11.5%。
学位年度:2009