合金元素对az91d镁合金组织和性能的影响

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1、摘要合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的影响中文摘要镁合金是最轻的工程结构材料，具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼性能好、电磁屏蔽、机械加工性能好、优异的加工性能和良好的铸造性能等优点，近年来成为汽车和电子行业的重要轻质材料。其中，AZ91镁合金是工业中应用最为广泛的一种铸造镁合金，但是该合金的高温性能差，工作温度超过120。C后不能用于结构件，这大大限制了它作为轻质结构材料的应用范围。稀土元素是改善镁合金高温性能最有效的元素，在耐热镁合金中，稀土镁合金占有特殊的地位，目前世界各国稀土镁合金牌号已占镁合金总数的50％以上。本论文以AZ91D镁合金为基，利用光学

2、显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验及硬度测试等多种分析和测试方法，系统地研究了La、Nd和Ce对AZ91D镁合金组织和力学性能的影响。研究结果表明，适量稀土La、Nd和Ce的加入能够明显细化AZ91D镁合金的显微组织，改变合金的组织形态和析出相形貌，同时提高合金的硬度、室温和高温强度、以及合金的伸长率。在AZ91D合金中加入稀土元素La后，随着La加入量的增加，合金的力学性能呈现先升高后降低的趋势，当其加入量为1．O％时，合金的硬度、室温和200℃高温抗拉强度均达到最大值，分别为74．7HB、217MPa和15

3、9MPa，比未加时AZ91D合金的性能相比分别提高了31．6％、26．2％和27．2％，合金的室温和高温伸长率也各达到最大值2．8％和9．5％，比未加时分别提高了124％和141％。在AZ91D合金中加入Nd后，因稀土元素与A1有很大的亲和力而形成了沿晶界分布的针状或块状稀土相A13Nd，它能够有效钉扎晶界，阻止晶界滑移，细化晶粒，并提高合金的力学性能。Nd对AZ91D镁合金组织的主要细化机制为：一方面，生成的AIaNd为面心立方结构，且晶格常数与MglTAll2相近，所以它可以作为[3-Mgl7A112相的形核剂，促进晶核的形成；另一方面，在合金中加入的稀土元

4、素Nd在凝固过程中会富集于固／液界面前沿，使合金在凝固过程中产生成分过冷，从而促进了等轴晶的形成，细化了合金组织。当Nd的加入量为0．4％时，合金的室温和200℃高温抗拉强度均达到最大值，分别为227MPa和158．52MPa，室温和200"(2高温的T合金元素对AZ91D镁合金组织和性能的影响伸长率分别为3．35％和10．55％。当加入Nd和Ce复合稀土时，合金中网状的MglTAll2相大部分开始断网，呈骨骼状或粒状弥散分布于合金的晶界和晶内，并且在组织中出现了大量针状或粒状分布的稀土化合物相A12Nd和AhCe。在细晶强化、析出相强化和固溶强化三种强化机制的

5、共同作用下，合金的组织和性能都得到了明显的改善。研究表明，当加入1．0％Nd和0．6％Ce时的组织细化效果最好，此时，室温和200℃高温抗拉强度也分别达到了最大值228MPa和161．9MPa，比未加时AZ91D合金的172MPa和125MPa分别提高了约32．6％和29．4％；而室温和高温伸长率也达到最大值3．2％和11．5％。关键词：AZ91D镁合金：合金元素(La、Nd和Ce)；显微组织；力学性能IIABSTRACT‘THEEFFECTOFALLOⅥNGELEⅣ匝NTSADDITIONONMICROSTRUCTUREANDM匣CHANICALPROPERT

6、IESOFTHEAZ91DMAGNESIUMALLOYAsthelighteststructuralmetallicmaterials，magnesiumalloyshavemanyuniqueandexcellentproperties，suchaslowdensity，hi曲specificstrengthandstiffness，gooddampingcapacity，excellentelectromagneticshieldingandmachiningcharacteristics，goodprocessingpropertiesandcasting

7、properties，SOtheyareimportantonautomobileandelectricindustry．AZ91alloyisthemostbroadlyusedmagnesiumalloysinindustry，however,becauseofpoorhigh-temperaturebehavior，AZ91alloyisnotsuitablefortheuseofstructuralmaterialsover120℃．Rareearthelementsarethemosteffectualelementsinincreasingmecha

8、nicalpropert