合金元素对变形镁合金铸态组织及性能的影响

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1、摘要合金元素对变形镁合金铸态组织及性能的影响镁合金具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼减震性能好，机械加工方便，特别是易于回收利用，具有环保特性；而且在自然界的资源丰富。镁的这些优点使其被誉为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”。但是，镁合金的塑性变形能力较差、室温韧性低、屈服强度低，长期以来阻碍了镁合金的应用。AZ31合金是最常用的变形镁合金之一，本文以AZ31合金为基，旨在通过Cd、Sb和RE合金化和复合合金化技术，提高AZ31变形镁合金综合性能。论文采用光学金相分析(OM)，扫描电境(SE

2、M)、能谱分析(EDS)、X射线分析(X】如)、显微硬度、拉伸性能、冲击韧度等分析和测试手段，较系统地研究7"Cd、Sb和RE合金化对AZ31合金显微组织和力学性能的影响及作用机理。研究的主要结果如下：l。微量Cd的加入可显著细化镁及AZ31合金的显微组织，随着Cd加入量的增加，细化效果逐渐明显。Cd对镁及AZ31合金组织细化的机制是t在凝固过程中固／液界面前沿富集的Cd强烈抑制a-Mg晶粒的生长；当Cd的加入量为0．7％时，其组织由富Al的0‘一Mg基体和均匀、弥散分布的析出相p—M917All2组

3、成，Cd固溶于基体不形成化合物相；使合金的冲击韧度提高了68．6％，布氏硬度提高了10．3％。2．锑的加入使镁及AZ31合金的显微组织得到细化，AZ31中的p--Mgl7All2相呈细小弥散状分布，同时组织中还有点、块状的M93Sb2生成。M93Sb2相与0【-Mg基体具有相同的密排六方结构，满足非均匀形核的基本条件，是良好的异质形核核心，M93Sb2相熔点较高在整个凝固过程中优先析出，亦能起到抑制生长的作用，细化了晶粒，使B相的分布更加弥散、均匀。锑的加入使镁及AZ31合金的力学性能得到不同程度的提

4、高，冲击韧度和硬度分别提高了58．8％和4．8％。3．混合稀土的加入改善了镁及AZ31合金的显微组织，细化了晶粒。同时，RE与合金中的A1生成AIllRE3(AIllCe3)相且沿晶界分布。混合稀土对镁及其合金组织的细化作用表现为：一方面结晶时RE将会富集于结晶前沿，产生过冷抑制晶粒的生长。另一方面RE优先与Al形成二次相AIIlRE3(A1liCe3)阻止了晶粒长大，并且消耗了合金中的灿，影响]"lS--Mgl7All2相的形成，使得13相的尺寸减小。AZ31合金的硬度值合金元素对变形镁合金铸态组织

5、及性能的影响随稀土含量的增加而不断提高，冲击韧度下降。4．不同组的镉、锑及混合稀土经正交设计后对AZ3l合金显微组织影响各不相同。通过分析计算，得出对综合力学性能影响较好的试验条件是：A(3)B(3)C(1)(Sb含量为0．3％，Cd含量为O．7％，RE含量为O．2％)和A(3)B(3)C(2)(Sb含量为0．3％，Cd含量为O．7％，RE含量为O．3％)。关键词：合金元素(镉；锑；混合稀土)；AZ31镁合金；显微组织；力学性能；正交设计As’castMicrostructuresandMechani

6、calPropertiesofAZ31BaSedAlloyswithAdditionsofCd，SborRELiHongzhan(Materialprocessingengineering)DirectedbyProfessorXiaLantingABSTRACTItiswe．1lknownthatmagnesiumalloyshavemanyexcellentanduniqueproperties，suchaslowdensity,highspecificstrengthandstiffness，p

7、erfectdampingcapacityandshockenergyabsorptioncapacity,easyprocessing，aswellasagoodrecyclingcapacityandcompatibilitywithenvironment．andmeresourceofthemagnesiumisveryabundantinthenature．Therefore．“isbelievedthatmagnesiumalloycarlbethemostpromisinggreenmat

8、erialofthe21stcentury．Butbecauseofitspoorplasticdeformationability，lowyieldstressandfracturetoughness，theuseofmagnesiumalloysislimitedforalongtime．AZ31alloyisoneofthemostusefuldeformationmagnesiumalloy·Inthepresentwork，AZ31baseda