Ca合金化與Nd變質(zhì)處理Mg-8Al鎂合金組織和性能的研究.pdf

1、鎂合金作為有色金屬合金,是應(yīng)用前景非常廣泛的合金材料。由于鎂合金的比重低、減震性好、質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度高等一系列優(yōu)點(diǎn),所以鎂合金在航空、電子、通訊、汽車和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域已有了較大量的應(yīng)用。然而,由于鎂合金的耐蝕性差、抗沖擊性能差、耐熱性差等缺點(diǎn),限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。在Mg-Al系合金中,鋁能提升鎂合金的性能,而在合金液固轉(zhuǎn)變過程中,在α-Mg晶界處分布析出連續(xù)網(wǎng)狀的共晶組織β-Mg17Al12相,會降低合金的韌性,增加合金的脆性,

2、降低合金的綜合力學(xué)性能,從而制約了Mg-Al系合金的發(fā)展前景。如果能使得析出共晶β-Mg17Al12相的數(shù)量降低、分布改善、形態(tài)有利于合金的力學(xué)性能增強(qiáng),那么合金的共晶組織就會起到積極的增強(qiáng)強(qiáng)度的作用,而弱化基體、降低合金韌性的作用將會改善。所以,如何改善合金的共晶組織是研究的熱點(diǎn)。
　　本文主要以Mg-Al合金為研究對象,采用金屬合金化和變質(zhì)處理兩種處理方法,分別采用常規(guī)重力鑄造和液態(tài)模鍛兩種成型方法,來研究合金元素及成型方法對

3、合金顯微組織的影響,同時研究了對合金力學(xué)性能的影響。主要的添加元素為Al、Ca、Nd,分析并討論了其在不同量及不同條件下,對共晶β-Mg17Al12相的數(shù)量、形貌及分布的影響,同時也分析討論了其對顯微組織的分布形貌和力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:
　　重力鑄造成型時,加入合金元素Ca后,合金組織由α-Mg相、β-Mg17Al12相及Mg2Ca相組成。在一定范圍內(nèi),Mg-8Al合金的顯微組織形貌隨著Ca加入量的增加而細(xì)化,共晶β

4、-Mg17Al12相的形貌和分布情況有所改善,由粗大的樹枝狀網(wǎng)狀分布變?yōu)閺浬⒌募?xì)針狀或短條狀分布,組織細(xì)化后的合金的力學(xué)性能也有一定程度的增加。同時,合金拉伸時仍存在解理斷裂界面,說明合金的韌性很差。在Ca元素合金化的基礎(chǔ)上,通過稀土元素Nd進(jìn)行變質(zhì)雙重處理,合金由α-Mg相、β-Mg17Al12相、Mg2Ca相及Al11Nd3相組成。稀土元素可以改善樹枝晶α-Mg的生長形態(tài)從而細(xì)化晶粒,同時造成局部的成分過冷,會使得α-Mg樹枝晶增多

5、;Nd的加入,對共晶β-Mg17Al12相同樣有改善和細(xì)化作用,使得β-Mg17Al12相變得分布均勻。當(dāng)稀土Nd加入量達(dá)到一定程度時,會產(chǎn)生新相Al11Nd3相,此相同β-Mg17Al12相一樣是一種硬脆相,呈板條狀分布,不利于合金綜合性能的提升。因此,稀土Nd的加入量不宜超過0.6％。
　　液體模鍛成型時,先單獨(dú)加入合金化元素Ca進(jìn)行合金化處理,可以看出合金的顯微組織明顯細(xì)化,較重力鑄造時的力學(xué)性能有了很大提升,隨著Ca元素的

6、增加,合金的晶粒有先減小后增大的趨勢,這是因?yàn)檫^多的Ca元素會導(dǎo)致晶粒的粗化。當(dāng)Ca元素占1.0%時,液態(tài)模鍛后的組織最好,共晶Mg17Al12相得以細(xì)化,形貌和分布有所改善,性能最佳。通過稀土 Nd和金屬 Ca進(jìn)行雙重處理,此時的合金組織更為細(xì)化,共晶組織Mg17Al12相均勻彌散分布,同時對合金的力學(xué)性能也有積極的影響。當(dāng)Nd為0.4%時,合金組織會析出少量稀土相Al11Nd3相,此相能提高合金的抗高溫蠕變性能;當(dāng)稀土添加量超過0.