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微量Er對Mg-Nd-Zn-Zr合金顯微組織與力學性能的影響

時間:2019-06-13    作者:無錫不銹鋼板    瀏覽:0
鎂合金是結構材料中最輕的金屬,具有密度小、比強度和比剛度高、尺寸穩定等特點。同時具有導熱性、導電性好,阻尼減震和電磁屏蔽性能好等優點,在汽車、電子、家電、通信及航空航天等領域的應用日益增多。但是鎂的化學活性強,在熔融狀態下遇氧極易燃燒,爆炸。即使在200℃下,鎂合金也極易氧化,抗拉強度很低,這在很大程度上限制了鎂合金的應用。添加重稀土元素可提高鎂合金的抗蠕變性和力學性能。通過Mg-Er相圖知,稀土Er在鎂合金中的最大固溶度為6.9at%,而且Er還具有良好的除Fe效果。適量的稀土Er還具有阻燃和凈化鎂合金液體的作用,能夠有效去除夾雜,顯著地提高了合金的力學性能。研究發現,Mg-Nd-Zn-Zr鎂合金具有良好的室溫和高溫力學性能。本文以最優成分的Mg-Nd-Zn-Zr合金為基礎,探討Er在Mg-Nd-Zn-Zr合金中的作用、分布及存在形式,為提高Mg-Nd-Zn-Zr合金的性能提供參考。


名義成分為Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr(1#)和Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.5Er(2#)的合金在坩堝式電阻爐中進行熔煉,所用的爐料為Mg錠(純度為99.9wt%),Mg-Zr中間合金(30wt%Zr),Mg-Nd中間合金(30wt%Nd),Mg-Er中間合金(30wt%Er)和Zn錠(純度為99.9wt%)。合金的澆注溫度為(740±5)℃,采用金屬型模具澆注,模具的預熱溫度為(200±5)℃,整個過程在SF6、CO2和空氣的混合氣體的保護下進行。合金的實際成分通過直讀型電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP)測得為Mg-3.02Nd-0.21Zn-0.34Zr(1#)和Mg-3.25Nd-0.24Zn-0.41Zr-0.54Er(2#)。鑄錠的固溶處理工藝為520℃×4h后熱水(約70℃)淬火。時效處理在200℃的油浴爐中進行,時效過程采用維氏硬度計記錄合金硬度的變化,加載砝碼3kg,加載時間30s。


Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金鑄態時由α-Mg基體與分布在晶界的Mg12Nd相組成,元素Er主要以白色小顆粒形貌分布在晶間,小部分Er溶入Mg12Nd化合物中。隨著Er的加入,Mg-Nd-Zn-Zr合金達到峰值時效的時間更短,時效強化效果更好。峰值時效后Mg-Nd-Zn-Zr-Er鎂合金有大量細小的第二相析出,第二相均勻地分布在晶內,數量比不含Er的合金中析出的相要多。Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金具有優良的室溫力學性能,其抗拉強度、屈服強度、伸長率分別為283.4、170.2MPa和4%。隨著Er的加入,抗拉強度和屈服強度升高,伸長率幾乎不變。
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