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镁合金具有低密度、高比刚度、高比强度,良好的导热性、阻尼减振性、屏蔽性、可切削加工性和可回收性等特点,作为结构材料具有其它材料无法比拟的优越性,但一般镁合金机械强度不高限制了它的推广应用。稀土Y和Ce-La混合稀土作为镁合金中常见的合金化元素,能显著提高合金的高温力学性能和加工铸造性能。从多元组合复合合金化这个角度来提高镁合金的力学性能,添加微量稀土对镁合金的研究还相对较少。因此从镁合金综合利用的方面上来说,希望得到低成本高性能,因此寻求具有优异综合性能镁合金具有十分重要的意义。
本文采用金相显微镜分析合金金相组织,利用XRD分析相组成,采用EDS分析显微化学成份,采用SEM分析微观组织形貌,自制液压设备进行挤压试验,利用万能材料试验机及布氏硬度计检测合金的抗拉强度、延伸率和布氏硬度等。研究了Y和Ce-La复合稀土对AZ102镁合金的组织结构、力学性能的影响,以及热处理的影响。
加入稀土元素,铸态AZ102镁合金的抗拉强度和延伸率逐渐提高,微量稀土元素对于铸态镁合金而言,稀土的加入可作为异质形核,增加成分过冷,产生晶粒细化,生成较硬的稀土相,其中Y的加入生成Al2Y相,Ce-La的加入生成Al4(Ce,La)相,稀土相的生成,减少β相和改善β相的形貌和分布,提高合金性能。
(1)微量稀土元素细化了AZ102铸态镁合金基体组织。随着稀土含量的增加,网状的β-Mg17Al12相逐渐变的断续,且数量有所减少,合金中出现新的AIRE相,当Y的含量达到0.4%wt时,铸态抗拉强度和延伸率达到了220.25Mpa和2.8%,比AZ102分别增加了21.1%和55.6%,硬度也因出现较硬的Al2Y相增加了10%,达到了75.5HBS。
(2)当Ce-La的含量达到0.4%wt时,合金抗拉强度达到了222.54Mpa,比AZ102增加了16.5%,延伸率达到了4.1%,比AZ102增加了127.8%。Ce-La的复合添加可显著细化合金组织。晶界处分布的β-Mg17Al12相变的细小,连续的网状结构已经断开,合金晶粒尺寸变小,晶内弥散相增加。
(3)T4热处理后,第二相基本分解并溶入到基体中,获得了过饱和固溶体组织,晶界处的β-Mg17Al12相溶解,AlRE保持不变。Y随着含量增加性能不断提升,在0.4%wt时强度塑性达到了最大值,达到了243.54Mpa和5.7%,比AZ102分别增加了18.7%和83.9%,加入的Ce-La在0.1%wt时强度塑性达到了最大值,达到了303.78Mpa和9.0%,比未加入Ce-La的AZ102分别分别增加了47.9%和190.3%,Ce-La随着含量增加,析出的Al4(Ce,La)相不断生长加粗加长,对合金产生割裂作用性能下降。
(4)T6处理后,合金中β-Mg17Al12相从a-Mg固溶体中均匀析出,强化了合金,AlRE相保持不变。Y在0.4%wt时强度达到了最大值,达到了324.44Mpa,比未加入Y的AZ102强度增加了41.2%,时效作用增大了β相的生长,对合金晶界产生割裂作用,因此延伸率明显下降,加入的Ce-La在0.1%wt时强度塑性达到了最大值,达到了331.57Mpa和6.61%,比未加入Ce-La的比AZ102分别分别增加了44.3%和193.8%。
(5)微量稀土的加入,生成的Al-RE相能够细化镁合金晶粒,挤压时由于有稀土硬质相的生成,阻碍滑移和位错的开动,提高了合金强度,晶粒细化从而提供了更多的位错和滑移,提升了合金塑性,使合金的综合性能得到提高。