稀土Er對(duì)ZK60和AZ91 Mg合金組織結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、本論文主要研究了稀土Er對(duì)ZK60和AZ91兩種高強(qiáng)度Mg合金微觀組織結(jié)構(gòu)，性能以及變形行為的影響。旨在利用稀土Er的合金化以及凈化作用，進(jìn)一步提高M(jìn)g合金的性能。 研究結(jié)果表明，稀土Er對(duì)鑄態(tài)ZK60合金的組織和力學(xué)性能有顯著影響。在ZK60合金中添加稀土Er能夠細(xì)化合金的組織。當(dāng)Er的添加量達(dá)到1.0 wt.％時(shí)，細(xì)化效果最佳。ZK60合金中添加Er后形成了Mg-Zn-Er三元稀土相，提高了合金的共晶反應(yīng)溫度，使得合金的結(jié)晶

2、溫度間隔由原來(lái)的146℃縮短為80℃，減少了合金在凝固過(guò)程中初生α-(Mg)枝晶的長(zhǎng)大時(shí)間，從而細(xì)化了ZK60合金的組織。含有Er的ZK60合金在室溫和150℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度和延伸率較不含Er的ZK60合金均得到提高。當(dāng)Er的添加量為1.0wt.％時(shí)獲得了最佳的力學(xué)性能，室溫和150℃拉伸時(shí)的抗拉強(qiáng)度(σ<,b>)，屈服強(qiáng)度(σ<,0.2>)和延伸率(δ)分別達(dá)到：230 Mpa，120 Mpa，16.3％和170 Mpa，77 Mpa，

3、42.4％。 采用Gleeble-1500D熱/力模擬材料試驗(yàn)機(jī)，研究了ZK60和ZK60-1Er兩種Mg合金的熱壓縮變形行為，并且應(yīng)用金相顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)較系統(tǒng)地研究了變形合金的微觀組織結(jié)構(gòu)。變形后的ZK60合金主要由基體α-(Mg)相、MgZn<,2>相以及在較低變形溫度下(150℃和1250℃)動(dòng)態(tài)析出的Mg<,2>Zn<,3>相組成。ZK60-1Er變形合金中

4、除了含有α-(Mg)相和較低變形溫度下(150℃和250℃)動(dòng)態(tài)析出的Mg2Zn3相外，還含有塊狀和棒狀的W<,Er>相(Mg<,3>Zn<,3>Er<,2>，面心立方(F.C.C.)結(jié)構(gòu))以及顆粒狀的I<,Er>相(Mg<,3>Zn<,6>Er，面心二十面體準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu))等含有Er的稀土相。熱壓縮變形過(guò)程中，適當(dāng)大小的稀土相會(huì)促進(jìn)合金基體發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，增加再結(jié)晶晶粒的形核率，從而得到細(xì)小的再結(jié)晶組織。當(dāng)變形溫度為450℃時(shí)，顆粒狀的I<

5、,Er>相溶解，動(dòng)態(tài)析出的棒狀W<,Er>相增加。由于棒狀W<,Er>相和顆粒狀的I<,Er>相對(duì)合金晶界和基體的釘扎作用，添加Er增加了ZK60合金在熱變形過(guò)程中的流變應(yīng)力，提高了合金的變形激活能。 本論文還研究了在含有Er和MnCl<,2>的熔劑中Er的含量對(duì)AZ91合金的凈化效果以及對(duì)合金組織和性能的影響。結(jié)果表明：將Er力口入含有MnCl<,2>的熔劑中，不僅保留了MnCl<,2>良好的除Fe效果，使合金中Fe/Mn比值

6、低，熔煉工藝簡(jiǎn)單，而且熔劑中的Er對(duì)Mg合金熔體還具有明顯的凈化作用，能夠有效地去除熔劑夾雜，從而提高合金的拉伸性能和耐腐蝕性能。熔煉AZ91合金時(shí)，在含有MnCl<,2>的熔劑中添加10％的Er，合金的σ<,b>和δ分別從156 MPa和1.8％上升到220 MPa和4.1％。同時(shí)，合金在5wt.％NaCl水溶液中的腐蝕速率從1.20 mg/(cm<'2>·d)下降到0.15 mg/(cm<'2>·d)。使用含Er熔劑精煉的AZ91合

7、金拉伸斷口形貌與使用不含Er熔劑精煉的AZ91合金相比較，其斷裂機(jī)制沒(méi)有發(fā)生改變，斷口仍然呈現(xiàn)為準(zhǔn)解理斷裂的特征。然而，隨著Er在熔劑中添加量的進(jìn)一步提高，Er會(huì)進(jìn)入合金中導(dǎo)致稀土相的生成。其中，一種是在β-(Mg<,17>Al<,12>)相附近的粗大稀土相Ψ-(Al<,7>ErMn<,5>)，另一種是β-(Mg<,17>Al<,12>)相內(nèi)部的細(xì)小稀土相τ-(Al<,66.7>Mg<,23.3>Er<,10>)。稀土相在合金中的分布極