az91镁合金精炼及la对其改性作用的研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文AZ91镁合金精炼及稀土元素La对其改性作用的研究摘要镁合金具有比强度、比刚度高，减震性好，易于压铸成型、易回收等优点，而有限的机械强度却限制了它的推广与应用。随着镁合金在电子产品、航天航空、汽车等行业中应用越来越广，对镁合金的研究、应用已经引起了各国生产制造商的重视。针对目前应用广泛的AZ91镁合金，本研究用真空电阻熔炼炉对其进行了精炼，并得到了稀土元素La含量不同的合金试样。利用火花原子放射光谱仪、等离子体光谱仪、x射线衍射仪、金相显微镜、带能谱的扫描电镜、拉伸试验机等手段，分析、研究了精炼过程中

2、Mg元素的蒸发速率、表观传质系数、稀土元素La在合金中的固溶度、形成化合物的形态、吸收率以及La对AZ91镁合金的改性作用；确定了得到性能优良镁合金的La的最佳添加量和制备工艺参数，并试制出一种。它190MPa，砭11％的高强高韧镁合金试样及其制造工艺。通过试验与分析，得出以下结论：(1)在真空氩气氛下精炼AZ91镁合金，由于Mg的蒸汽压远远大于合金中其它元素的蒸汽压，因此，试验前进行合金配比时，需要考虑到Mg元素损耗量。Mg元素蒸发过程的限制性环节为镁原子由液相通过液相边界层扩散到合金液／气相界面。通过对试验结果的计算分析，发现

3、Mg元素的表观传质系数与蒸发界面的大小、精炼温度有关：本试验条件下其值在2x104～24x104crrgs的范围内；蒸发速率与精炼温度、精炼时间有关，本试太原理工大学硕士研究生学位论文验条件下其值在8．6x10"3-13．5x10。g／cm2．s的范围内。(2)通过测定试验前后镁合金试样中稀土元素La含量的变化，发现La元素的吸收率与其添加量、合金中舢含量、精炼温度以及夹杂物的数量有关，且La在AZ91镁合金中以AI儿La3化合物的形态存在。当La添加量<0．2％时，La吸收率随添加量的增加而提高；当La添加量>0．2％时，La吸

4、收率可达75％士5％；因形成A1llLa3化合物，其溶解度随La添加量而直线上升。当Al含量<9％时，La吸收率随A1含量的增加而提高；当Al含量>9％时，La吸收率稳定在75％4-5％水平。La吸收率随温度的升高而增大；但是精炼温度越高，Mg元素的蒸发损耗越大。(3)因添加了稀土元素La，可以使AZ91镁合金中连续、粗大的网状M917A112相转变为细小、致密的不连续状态，使晶粒细化，组织致密。(4)因添加了稀土元素La，AZ91镁合金试样的拉伸断口出现了大量的撕裂棱和微小的韧窝，同时还出现了细小的解理台阶，可以提高AZ91镁合

5、金的塑性和韧性。(5)稀土元素La的改性机理为：除微量固溶在Mg中，其余的La与Al形成A1。lLa3化合物。这种铝．稀土化合物，首先在晶界处析出后逐渐长大，当稀土量不断增大时，AIIlLa3化合物就会在基体上以针状或团状形态析出；继续增大稀土量，当～与Mg、La化合耗尽后，La就会以夹杂物的形态存在于合金中。在凝固过程中，随着温度的降低，固溶在AZ91中的La因溶解度降低在晶界上析出，阻碍了晶界的迁移，细化了晶粒，同时也起到了弥散强化的作用，降低了组织的晶粒度；大量的La以AIllLa3强化相形态优先于13相在晶界上析出，对合金

6、组织起到了“钉扎作用”，细化了13II太原理工大学硕士研究生学位论文相；同时，精炼过程中形成的舢1lLa3强化相熔点在1513K，可望提高镁合金材料的高温性能。当La含量O．2％时，合金性能指标没有太大变化。因此通过加入稀土元素La可提高合金的强、韧性与高温性能。综合考虑La的吸收率、Mg的蒸发率以及La对AZ91镁合金的改性作用，精炼温度应设置在993K为宜。(6)通过分析比较，可知在真空氩气氛精炼、无氧状态下浇注得到

7、的性能优良的镁合金试样，其硬度、冲击韧性比国家标准提高一倍以上，抗拉强度提高了73％，延伸率提高了七倍。本文作为镁合金精炼的基础实验，用实验数据计算了Mg元素在熔炼时的蒸发速率和稀土La元素的吸收率，分析探讨了稀土元素La对AZ91镁合金的改性作用，为提高镁合金的力学性能，扩展镁合金的应用范围和开发镁合金精炼工艺，提供了一定的基础实验数据。关键词：AZ91镁合金，精炼，蒸发速率，La，吸收率，改性机理III查星墨三查堂堕主婴塞兰兰垡堡塞RESEARCHONREFININGANDMODIFYINGEFFECTOFLa0NAZ91MA

8、GNESIUMALLOYABSTRACTMagnesiumalloyhasadvantagesofhighspecificstrength，highspecificrigidity,gooddampingproperty,easymoldingan