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第２５卷第３期２０２０年６月 新 余 学 院 学 报ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＮＹＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶｏｌ．２５，ＮＯ．３Ｊｕｎ．２０２０稀土Ｃｅ对Ｍｇ－３Ａｌ－２．５Ｓｉ－ｘＣｅ镁合金组织和性能的影响●沈 婷，轩德军（马鞍山师范高等专科学校 艺术设计系，安徽 马鞍山 ２４３０００櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆）摘 要：采用金相显微镜、Ｘ射线衍射仪、拉伸试验机等手段，研究了稀土Ｃｅ含量对Ｍｇ－３Ａｌ－２．５Ｓｉ－ｘＣｅ镁合金显微组织和力学性能的影响。
结果表明：添加１．０％的Ｃｅ后，铸态Ｍｇ－３Ａｌ－２．５Ｓｉ－１Ｃｅ镁合金主要由α－Ｍｇ、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｍｇ１７Ａｌ１２和ＣｅＳｉ２相组成，随着Ｃｅ含量增加，时效态Ｍｇ－３Ａｌ－２．５Ｓｉ－ｘＣｅ镁合金的维氏硬度呈现先增加后减小特征，在Ｃｅ含量为１．０％时取得最大值；添加Ｃｅ的时效态Ｍｇ－３Ａｌ－２．５Ｓｉ－ｘＣｅ镁合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率都高于未添加Ｃｅ的Ｍｇ－３Ａｌ－２．５Ｓｉ合金；随着Ｃｅ含量的增加，时效态Ｍｇ－３Ａｌ－２．５Ｓｉ－ｘＣｅ镁合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率都呈现先增加后减小特征，在ｘ＝１．０时取得最大值，时效态Ｍｇ－３Ａｌ－２．５Ｓｉ－１Ｃｅ镁合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为１６３ＭＰａ、９６ＭＰａ和５．８％。
关键词：镁合金；Ｃｅ；显微组织；力学性能中图分类号：ＴＧ１４６．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５－３０５４（２０２０）櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆０３－００１９－０５收稿日期：２０１９－１２－２８作者简介：沈婷（１９８６－），女，安徽马鞍山人，讲师，硕士。
目前，轻薄合金机身所用的材质主要是镁合金和铝合金，这主要是因为二者相对传统钢铁具有更低的密度以及良好的耐热和阻尼性能等［１］，其中镁合金作为２１世纪最有发展前景的结构材料，以其比强度高和散热性能好等特性在轻薄机身领域得到了广泛关注，但是其力学性能较低在很大程度上限制了其应用［２－３］。
稀土元素铈对镁合金AZ91D显微组织和力学性能的影响周坐东【摘要】利用光学显微镜、X射线衍射和扫描电镜等分析研究含铈镁合金AZ91D(0.25%Ce、0.7%Ce、0.95%Ce)的显微组织,并对其力学性能进行了测试,同时与不含铈镁合金AZ91D进行了比较.结果表明,加入一定量Ce后的镁合金AZ91D形成杆状化合物Al4Ce,被推移到生长界面,阻碍枝晶的自由生长,从而细化合金显微组织;Ce能提高镁合金AZ91D抗拉强度和硬度,而对其屈服强度和延伸率影响不大;加入0.7%Ce的AZ91D镁合金晶粒细化效果和综合力学性能比较理想.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2010(026)002【总页数】4页(P34-36,46)【关键词】铈;AZ91D镁合金;显微组织;力学性能【作者】周坐东【作者单位】湖南有色金属研究院,湖南,长沙,410015【正文语种】中文【中图分类】TG146.4+5镁合金是一种非常重要的工程材料,与其它材料相比,有密度小、比强度高等许多性能优势,很早就应用在航空航天工业上,其它的应用领域也相当广泛,如镁合金材料的良好震动吸收性、电磁屏蔽性能、散热及耐蚀性好等,使其在计算机、通讯等电子产品中的应用得到不断增长。
镁合金比铝合金易于回收,可做到100%的回收利用,因此镁合金材料有“绿色材料”的美称。
据预测,汽车所用燃料的60%消耗于汽车自重。
汽车若部分使用镁合金,其自重减少10%,耗油将减少8%～10%,其燃油效率也可提高5.5%,温室气体二氧化碳的排放量也相应减少,因此镁合金材料在减重节能、减少废气的排放方面起到关键的作用。
而当前镁合金材料生产量很小,应用非常有限,与镁合金的优异性能极不相称。
稀土作为主要的合金元素或微合金化元素,被广泛应用于钢铁及有色金属合金中。
在镁合金中,稀土优异的净化、强化和耐蚀性能不断被认识。
在稀土镁合金的应用与开发中,已取得了一定的技术突破和具有学术和应用价值的科研成果,其应用领域也得到了不断的推广和深入。
混合稀土对AZ80镁合金显微组织和力学性能的影响
甘俊雄;张帆;韩修柱;刘楚明
【期刊名称】《兵器材料科学与工程》
【年(卷),期】2015(38)1
【摘要】利用XRD衍射分析仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机、透射电子显微镜等仪器设备研究低含量混合稀土对AZ80镁合金力学性能和显微组织的影响。
结果表明:随着混合稀土含量的增加晶粒不断细化,生成的板条相
Al11RE3(RE代表Ce和La)也逐渐增加,在热变形过程中阻碍位错和晶界的运动,强化合金的力学性能,其中稀土的质量分数为0.15%的合金具有最佳的力学性能;该合金挤压态下的抗拉强度为320 MPa,屈服强度为221 MPa,伸长率为16%;在175℃时效16 h的条件下,材料达到峰时效,合金性能得到进一步的提高,抗拉强度为354 MPa,屈服强度为246MPa和伸长率为9.4%。
【总页数】5页(P81-85)
【作者】甘俊雄;张帆;韩修柱;刘楚明
【作者单位】中南大学材料科学与工程学院;航天材料及工艺研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.2
【相关文献】
1.稀土Ce和Y对AZ80镁合金组织和力学性能的影响
2.Nd添加对AZ80镁合金
显微组织及力学性能的影响3.Nd添加对AZ80镁合金显微组织及力学性能的影响
（英文）4.添加Bi对AZ80镁合金显微组织及力学性能的影响5.富钇混合稀土对AM60镁合金显微组织与力学性能的影响
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收稿日期:2009-07-23作者简介:蒋德平(1976—),男,重庆万州人,讲师,硕士研究生.第4卷 第1期材 料 研 究 与 应 用V o1.4,N o .12010年3月M A T ERIA L S RESEA RCH A ND AP P LICA T IONM ar .2010文章编号:1673-9981(2010)01-0052-04富铈混合稀土对压铸镁合金组织及性能的影响蒋德平,姚宗湘(重庆科技学院,重庆 401331)摘 要:研究了富铈混合稀土对压铸AZ 镁合金的显微组织及力学性能的影响.试验结果表明:加入稀土后在合金中形成A l 11(Ce ,La )3新相,它能细化晶粒,对合金的力学性有很大影响;合金中A l 含量不同,稀土对合金性能的影响程度也不一样.当合金中A l 含量为8%,稀土含量为1.5%时,在室温下合金的综合性能最佳.关键词:A Z 镁合金;压铸;富铈混合稀土;显微组织;力学性能中图分类号:T G 146.2 文献标识码:A镁合金是最轻的商用金属结构材料,具有比性能高、阻尼性能优越、铸造性和切削加工性良好、易于回收等优点,其应用正逐步扩大到航空及汽车工业以外的其它产业中,也受到电子、通讯行业的青睐,但镁合金的高温强度及抗蠕变性有限,限制了镁合金的应用及发展[1-2].镁合金压铸件已占到镁用量的30%以上,在所用到的压铸镁合金中又以AZ 系列为主,占用量的80%以上[3-4].有学者对稀土改善镁合金的耐热性进行过研究[5-8],本文以不同铝含量的AZ 系列镁合金为基体,通过添加不同含量的富铈混合稀土,探讨富铈混合稀土对AZ 系列合金显微组织及力学性能的影响.1 实验部分1.1 原料及方法原材料:AZ71,AZ81及AZ91D 镁合金;富铈混合稀土,其中w (Ce )约为55%,混合物w (La +Nv )约为40%及少量的Pr .原材料合金的成分列于表1.表1 压铸镁合金的化学成分Table 1 Composition of die -casting M g -alloys合金含量w /%A lM n Zn Si Cu Fe Ni M g AZ717.460.140.670.0260.00220.00360.0008余量AZ817.940.140.680.0300.00280.00380.0007余量AZ91D9.450.180.910.0330.00320.00330.0008余量 方法:首先将称量好的镁合金原料放入40kg 坩埚式熔化炉中熔炼,整个熔炼过程在SF 6+CO 2保护气氛下进行,待原料合金全部熔化后将炉温升温到720℃,用自制网兜加入富铈混合稀土,并进行适当搅拌使合金均匀化,然后静置保温15m in,随后将炉温降至690℃时出炉,再手工浇注到已预热至250℃的压铸模中,在压铸机压室中进行压铸,最后将凝固的试样铸件出模、自然空冷,以备使用.按上述方法分别制备富铈混合稀土含量分别为1.0%,1.5%,2.0%和3.0%的试样各一组.1.2 仪 器按GB/T228-87制拉伸试样,拉伸试验在WD-10A电子万能试验机上进行,室温时的拉伸应变速率为5×10-3/s;测试高温拉伸性能时,将试样加热至150℃,温差控制在±2℃并保温30min,在保温状态下迅速进行拉伸,应变速率为5×10-4/s;在拉伸试样的夹持部位截取金相试样,精抛后用质量分数为2%的硝酸酒精溶液浸蚀,然后在光学显微镜(OM)下观察试样的显微组织,并采用XRD方法进行相组成分析.2 结果与讨论2.1 合金组织压铸时镁合金在高压下快速凝固结晶,显微组织为浅色的α-M g基体相和沿晶界分布的γ相M g17Al12(图1).加入稀土后在合金中固溶量很少的Ce将富集于结晶前沿,阻碍Al的扩散,从而增加了结晶前沿A l的浓度,导致较大的成分过冷.稀土与A l化合生成高熔点相,首先在晶界上析出并形成骨架,促进形核及阻止已有晶体的长大,有利于“熔断晶雨”的形成,从而增加了晶核、细化了晶粒.从图1(a)～图1(c)可见,在稀土加入量相同的情况下,随着合金中铝含量的增加,晶界上仍然有γ相出现,图1 富铈混合稀土对A Z镁合金组织的影响Fig.1 Effect of Ce-Rich M ischmetal Additio n o n M icrostr ucture o f AZ-Allo ys(a)AZ71+1.5%RE;(b)AZ81+1.5%RE;(c)A Z91D+1.5%RE;(d)AZ81+1.0%RE;(e)A Z81+2.0%RE;(f)A Z81+3.0%RE且出现了更多的铝-稀土化合物.从图1(d)～图1(f)可见,随合金中稀土含量的不断增加,α-M g相和γ相都变得更加细化,结晶前沿中Ce含量超过其在Al中的溶解度值时,稀土和铝形成深色针状或粒状新相,它散乱地分布于合金的晶内及晶界上(图1(d)中的a和b所示),甚至以穿晶形式出现在晶界上或晶内(图1(e)及图1(f)中的c和d所示).图2为AZ81合金加入稀土前后的XRD图.从图2可见,AZ81合金组织主要由α-M g基体相和γ相Mg17Al12组成,加入1.5%的稀土RE后,合金中出现了A l11(Ce,La)3新相.53第4卷 第1期蒋德平,等:富铈混合稀土对压铸镁合金组织及性能的影响图2 A Z81试样的XRD 分析Fig .2 X RD analysis o f specimens (a )AZ 81;(b )AZ 81+1.5%RE2.2 合金性能在常温下稀土对AZ 镁合金的力学性能有影响(图3).对比AZ71,AZ81及AZ91的常规性能可知,合金中铝含量越低,镁合金的常规性能越好;随稀土加入量的增加,合金常规力学性能先略有上升后下降或变化不大;铝含量越少的合金,稀土对其性能的影响越小;当A l 含量为8%,稀土加入量为1.5%时,稀土对合金的强化效果最好.这是由于稀土含量低于1.5%时,随稀土量的增加,合金中γ相Mg 17Al 12越来越少,变为断续的骨骼状,稀土与Al 形成颗粒状或长条状的Al 11(Ce ,La )3相,该相为硬度大的脆性相,散乱地分布在晶粒内、晶界上,这样既能细化晶粒,还起到固溶强化作用,对合金性能有所改善;当稀土加入量超过1.5%时,Al 11(Ce ,La )3相以粗大长条状分布在晶界上或以穿晶形式存在,起到割裂基体作用,对合金强度有一定损害.图3 稀土加入量对A Z 合金性能的影响Fig .3 Effect of RE o n pro pe rties of A Z -allo ys at nor mal temperature(a )A Z71;(b )AZ 81;(c )AZ 913 结 论(1)富铈混合稀土在压铸AZ 镁合金中形成Al 11(Ce ,La )3相,它能起细化晶粒和固溶强化作用.当所加入的稀土量相同时,合金中铝含量增加,γ相Mg 17Al 12也增加,合金的室温性能有所改善.(2)随着稀土含量增加,合金中Al 11(Ce ,La )3相增多,γ相Mg 17A l 12减少,晶粒被细化,合金的力学性能有所提高;当稀土加入量超过1.5%时,54材 料 研 究 与 应 用2010Al 11(Ce ,La )3相以条状分布于晶界上或以穿晶形式存在,对合金强度的损害作用大于其强化的有利作用,使合金的室温性能降低.(3)当Al 含量为8%,稀土加入量为1.5%时,稀土对合金的强化效果最好,为以后压铸镁合金的强化提供了参考.参考文献:[1]BRA LO WER P M .A utomo tive die cast magnesium rev -ving up for the 21st century [J ].Die Casting Eng ineer ,1997(5/6):68-70.[2]李南玲.我国初步形成镁合金高新技术产业[J ].科学时报,2002(12):24.[3]PO L M EA R I J .Rece nt develo pment in light alloy s [J ].M aterials T ransactions JIM ,1996,37(1):12-31.[4]RO BERT B .Inte rnational mag nesium associa tion 55thannual w o rld co nfe rence [J ].Light M etal A ge ,1998,56(7/8):86-93.[5]周海涛,马春江,尉胤红.稀土元素铈对AZ 61镁合金铸态显微组织及结构的影响[J ].高技术通讯,2003,13(1):53-56.[6]王军,刘勇兵,杨晓红.铈对压铸镁合金AZ91组织和高温性能的影响[J ].中国稀土学报,2005,23(3):378-381.[7]曹幸,彭立明,曾小勤,等.稀土及固溶处理对A M 60B合金组织和力学性能的影响[J ].机械工程材料,2003(2):21-24.[8]黄晓峰,王渠东,曾小勤,等.稀土对A M 50力学性能及高温蠕变的影响[J ].中国稀土学报,2004,22(4):493-496.[9]K LEIN ER S ,BEFFO R T O ,W A HL EN A ,et a l .M icr o -struc ture and mechanical pro per ties of squeeze cast and semi -solid cast M g -A l allo ys [J ].Jo urnal of Light M et -a l ,2002,2(4):277-280.Effect of cerium -rich mischmetal addition on the microstructureand properties of die -cast Mg -alloysJIA NG De -ping ,YA O Zo ng -xiang(Chongqing University of S cience and Technolog y ,Chongqing 401331,China )A bstract :The micro structure and properties of die casting mag nesium alloy w ith additio n o f Cerium -rich mischmetal were investigated .It w as found that a new phase A l 11(Ce ,La )3w as fo rmed as the mischmetalw as added in the die cast M g -alloy .The new phase Al 11(Ce ,La )3can refine the g rains and affect the m e -chanical pro perties of the Mg -alloy s ,which depends o n the am ount of Al in the M g -alloy .When the A l concentration w as 8%,and the additio n amount of the Cerium -rich m ischme tal was 1.5%,the properties of the alloys reached its optim al values a t room tem perature .Key words :AZ Mg -alloy ;die -casting ;cerium -rich mischmetal ;micro structure ;mechanical property55第4卷 第1期蒋德平,等:富铈混合稀土对压铸镁合金组织及性能的影响。
