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镁合金微观组织和力学性能优化设计分析镁合金是一种重要的结构材料，具有很大的应用潜力。
然而，由于其低的塑性变形能力和较高的变形特性，镁合金在实际应用中存在着一些局限性。
因此，对镁合金的微观组织和力学性能进行优化设计分析是非常重要的。
镁合金的微观组织是影响其力学性能的重要因素之一。
常见的镁合金微观组织包括晶粒大小、相分布和相形貌等。
晶粒的细化可以提高合金的强度和塑性，并且有利于防止晶界腐蚀。
因此，一种常用的方法是通过增加合金中的细化相来细化晶粒。
例如，通过添加微量的稀土元素可以形成细小的稀土Mg基化合物，从而细化合金中的α-Mg相。
此外，合金的热处理也可以改善其微观组织。
通过适当的热处理工艺，可以获得均匀的细小晶粒和均一的相分布。
除了微观组织的优化，合金的力学性能也可以通过合金成分的设计进行优化。
常见的合金元素包括Al、Zn、Mn、Ca等。
这些合金元素可以通过与Mg形成亚稳定的化合物来提高合金的强度和塑性。
例如，Al的添加可以形成Mg17Al12相，提高合金的强度。
然而，过多的合金元素添加会导致合金的塑性下降。
因此，在合金成分的设计中，需要考虑合金元素的含量和相互作用，以达到合金强度和塑性的平衡。
在实际设计中，通过合金的热处理和成形工艺可以进一步优化镁合金的微观组织和力学性能。
热处理是指将合金加热到一定温度并保温一段时间，然后快速冷却以改变合金的微观组织。
常用的热处理方法包括固溶处理、时效处理和退火处理。
固溶处理可以使合金中的溶质原子溶解在基体中，从而提高合金的塑性。
时效处理可以通过形成亚稳定相来提高合金的强度。
退火处理则可以通过改善晶粒形态和晶界特性来提高合金的塑性。
成形工艺包括拔丝、挤压、铸造等，可以通过改变合金的形状和微观组织来提高合金的力学性能。
例如，通过拔丝可以使晶粒形状变细，并且有利于织构发展，从而改善合金的力学性能。
综上所述，优化镁合金的微观组织和力学性能是一项复杂的工作，需要综合考虑合金成分、热处理和成形工艺。
锌/ Y比值对Mg-Zn-Y合金微观组织和力学性能影响摘要：总溶质含量（Zn和Y）的重量小于10%的包含二十面体准晶相作为二次凝固阶段的Mg-Zn-Y合金组织和力学性能已经在研究的组成范围内。
α-Mg和二十面体准晶相这两相组织形的最佳的锌/ Y比是5¨7。
强度的增加随总溶质（Zn和Y）含量的增加而增加，即随相体积分数的增加而增加。
特别是含有二十面体准晶相的合金表现出大于>25%的高断裂伸长率，这是因为二十面体准晶相晶粒和周围的a-Mg结晶基体之间的界面能低。
D 2005 Elsevier公司保留所有权利关键词：镁合金；二十面体准晶相（准晶I相）；锌/ Y比1.引言为了使用镁合金作为结构材料，一个关键的问题是提高镁合金的可成形性。
近来有报道称，含有二十面体准晶相（准晶I-相）作为二次凝固相的Mg-Zn-Y合金在室温以及高温下具有良好的力学性能。
[1].Tsai等人已经在Mg-Zn-Y系统报道了热稳定准晶合金出现在mg42zn50y8组合物中。
[2].朗斯多夫等人。
报道称，在富Zn合金中准晶I-相通过包晶反应与脆性的金属间化合物共存，含有钇的性能要高出4 at.% [3,4]. Yi 等人在Mg-Zn-Y合金系统富镁角中报道称mg74zn26二元合金中少量钇的加入会将a-Mg初晶相改变成准晶I-相。
[5] .同时，据报道，含有热稳定准晶I-相的Mg-Zn-Y合金在环境温度下显着的表现出高水平的屈服强度和塑性，并且取决于准晶I-相的体积分数。
[6].据报道，准晶增强镁合金比传统的变形镁合金如AZ31等具有更好的可成形性。
已经表明，准晶增强mg-9zn-2y（重量百分比）的合金在高温下具有高强度，延展性和成型性好等优点。
[1].并且，在挤压Mg-Zn-Y合金中由于准晶I-相的的纳米析出已达到机械性能的增强。
[7].虽然在富镁的Mg-Zn-Y系统的组成范围内存在着一个有α-Mg和准晶I-相组成的两相区已经被报道，在富镁合金成分范围内锌/ Y比对两相区形成的影响未见报道。
河南科技大学硕士学位论文稀土元素Nd、Y和Gd对AZ系镁合金组织和高温力学性能的影响姓名：***申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：***@摘要论文题目：稀土元素Nd、Y和Gd对AZ系镁合金组织和高温力学性能的影响专业：材料学研究生：王小强指导教师：李全安摘要镁合金是最轻的工程结构材料，具有比强度和比刚度高，电磁屏蔽性、减震性和散热性好等优点，以及优异的加工性能和良好的铸造性能。
镁合金材料已被广泛应用于汽车、通讯和航天等相关行业。
但是镁合金的耐热性较差，高温强度、蠕变性能较低。
耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，镁合金的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件（如发动机零件）材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。
本文通过合金制备、微观分析和力学性能测试等方法，研究了稀土元素Nd、Y和Gd对AZ91和AZ81镁合金微观组织和高温力学性能的影响。
研究结果表明：适量稀土元素Nd、Y和Gd能够明显细化AZ91和AZ81镁合金的显微组织，提高合金固溶时效状态下的室温和高温强度，合金的延伸率也得到提高。
AZ91镁合金中加入Nd(1-4wt%)后，随着Nd含量的增加，室温和150℃下合金的强度都是先升后降，Nd含量为1%时合金的强度均达到最大值，分别为247MPa和203MPa，比不含Nd的AZ91提高了10.7%和29.3%；Nd含量为2%时，合金在150℃和250℃下的延伸率达到最大，分别是10.48%和13.7%。
AZ81镁合金中加入Y(1-4wt%)，经固溶时效处理后，随着稀土Y含量增加，在室温和150℃下，合金的强度和延伸率基本上呈先升后降的趋势。
当Y含量为2%时合金在室温下的强度和延伸率达到最大，分别为277MPa和11%，与未加Y 的AZ81相比室温强度提高了36.5%。
Y含量为1%时合金150℃下的高温强度和延伸率也达到最大，分别为220MPa和12.4%，与未加Y的AZ81相比高温强度提高了40.1%。
Zn对AM60B镁合金显微组织和力学性能的影响刘祥玲;杨友【摘要】以AM60B为基体合金,采用ICP、OM、SEM、EDS和拉伸试验机等研究不同Zn含量对AM60B合金组织和力学性能影响.研究结果表明:随着Zn元素含量的增加,AM60B镁合金的组织主要由α-Mg基体相,Mg2Zn和Al9 Mn11相组成,其抗拉强度、屈服强度和硬度先增加后减小,并在Zn元素含量达到4％时达到峰值,分别为248 MPa、123 MPa和70.4HV.其拉伸断口为准解理断口,该合金的强化机制为细晶强化、固溶强化和第二相析出强化,其中细晶强化起主导作用.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2015(032)001【总页数】4页(P73-76)【关键词】AM60B镁合金;Zn元素;显微组织;力学性能【作者】刘祥玲;杨友【作者单位】长春工业大学先进结构材料省部共建教育部重点实验室,吉林长春130012;长春工业大学先进结构材料省部共建教育部重点实验室,吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】TG146.2*通信作者：杨友，E-mail:********************镁合金作为当今最轻的金属结构材料，具有优良的减振性、切削加工性、尺寸稳定性、铸造成型性及表面装饰性等诸多优点.从降低零部件重量和简化生产工艺等角度，为节省能源、减少废气排放，研发现代商用镁合金材料已经成为材料科学重要的研究领域和发展方向[1-3].目前国内外已经采用镁合金制造汽车轮毂和方向盘等零部件，AM60B镁合金在商业上的用量也比较大，其韧性比AZ91好，但强度等力学性能指标不及AZ91.很多国内外学者对提高AM60B镁合金的力学性能进行了研究，主要是通过改善铸造工艺和添加稀土等合金元素[4-5].本文采用有色金属中常添加的Zn元素来代替稀土，在AM60B镁合金重熔浇铸的过程改善的组织和力学性能，同时大大降低了材料生产成本.实验采用原料为商用AM60B镁合金铸锭和纯锌锭，本实验设计AM60B-xZn系镁合金包括：AM60B、AM60B-1Zn、AM60B-2Zn、AM60B-3Zn、AM60B-4Zn、AM60B-5Zn.其熔炼工艺主要包括：设备检查、配料、熔炼、浇铸等.镁合金在熔融状态下，化学活性高，容易氧化、燃烧，故镁合金熔炼必须在保护下进行 [6].本工作均采用SF6与CO2(体积比为199)的混合气体保护，采用金属型铸造，其过程如下：首先将AM60B铸锭、锌锭、打磨(除去表面的氧化皮)，干燥.然后按照质量配比称取原料.在熔炼及浇铸过程：先将模具放入烘箱中预热，预热温度约为300℃，同时预热搅拌棒、拔渣勺、实验用原料.将坩埚放入电阻炉中进行加热，设定电阻炉温度为700℃.炉内温度到达450℃左右时，将预处理后的AM60B和配料合金元素放入坩埚中，然后通入CO2+SF6混合气体进行保护，炉温升到720℃至合金完全熔化，保温5分钟，搅拌扒渣后静置约10min浇铸成300×300×25mm板样.最后对浇铸成型的铸件进行固溶处理，温度为400℃，保温8h后出炉水冷.通过TX-600V光学显微镜(OM)对试样进行金相显微组织观察.在FM-700硬度计上进行维氏硬度测试.采用YNS-500KN型拉伸试验机，按照国标GB/T 228-2002加工拉伸试样(试样标距部分的长×宽×厚：60×12.5×3)，对该体系合金进行拉伸性能测试，拉伸速率为5mm/min，测量4次，取平均值.采用日本电子公司的JSM-6490LV(SEM)型扫描电子显微镜进行第二相分析和断口形貌观察.通过美国ICAP-6300(ICP)型电感耦合等离子体光谱仪对AM60B-xZn进行成分测定.测定结果如表1所示，测定所得的Zn含量与实验设计加入到AM60B镁合金中的Zn含量基本一致.图1为不同Zn含量的AM60B镁合金在400℃下固溶处理后的金相组织，合金a、b、c、d、e和f都以α-Mg基体，少量Mg17Al12相，随着Zn含量增加有Mg 2Zn和Al9Mn11生成.根据张俊远、Kadiri H E和Wang R M等人的研究，AM50A和AM60B合金中都会有Mg17Al12的存在，但是在固溶处理时，Mg17Al12共晶组织不稳定，容易分解[2,7-9].由于Zn在镁中最大固溶度在6%左右，因此Zn含量较少时，主要是以固溶形式存在镁合金中，随着Zn的含量的增加AM60B镁合金的金相组织的晶界越明显，第二相增多，并大部分分布在晶内.由图1可以看出，随着Zn含量的增加，合金晶粒尺寸先减小后增大，当Zn含量达到4%时，合金晶粒尺寸最小.针对合金中第二相成分进行能谱测试分析，由图2.a为对AM60B-5Zn扫描后的电镜照片，可以清晰的看到基体α-Mg基体相及其晶界，以及分布在基体中和晶界处有大小不同的第二相.如图2.b大块第二相A为Mg2Zn化合物相，结合文献和能谱结果判断图2.c小颗粒状B相为Al9Mn11相[4,10].从图3可知该铸态合金系在室温下，加入Zn元素后，其力学性能得到明显改善.即抗拉强度，屈服强度和延伸率都随着Zn元素含量增加而增强，当Zn元素含量达到4%时，力学性能最好，其中，抗拉强度，屈服强度和延伸率分别比原始合金增加了30.53%、68.49%和32.95%，这几项力学性能指标可以和添加钕稀土的AM60镁合金进行对比[2]，但当Zn元素含量为5%时，力学性能又呈现下降趋势.结合金相组织中晶粒尺寸的变化，AM60B-4Zn镁合金强化机制是细晶强化、固溶强化和第二相强化共同作用的结果，其中细晶强化起主导作用.图4为不同Zn元素含量固溶处理前后的铸态镁合金AM60B的硬度曲线.无论是否固溶处理，AM60B镁合金的硬度总是随着Zn元素含量的增加而升高，当Zn 元素含量为4%时，硬度达到最大值，且固溶处理前后的硬度分别比原始的AM60B增加了16.61%和29.17%.图5为合金的室温拉伸断口扫描电镜照片，从照片中可以清晰的看到主要的断裂形式为解理断裂(河流花样，撕裂棱)，但局部区域存在少量韧窝，说明该合金具有一定的塑性，也体现了其塑性变形能力[11].(1)AM60B-xZn合金的组织主要是由α-Mg基体，Mg2Zn和Al9Mn11相组成.Zn的添加对AM60B镁合金组织有明显的细化效果，当Zn添加量为4%时，晶粒尺寸最细.(2)随着Zn含量在AM60B镁合金的增加，其抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度先增加后减小，并在Zn元素含量达到4%时达到峰值，分别为248MPa、123MPa、9.36%和70.4(HV).(3)AM60B-4Zn镁合金的强化机制包括细晶强化，固溶强化和第二相强化.其中，细晶强化起主导作用.AM60B镁合金的断裂机制随着Zn元素的增加由解理断裂向着准解理断裂转变.[1] 田政,宋波,刘勇兵.AM系镁合金在汽车工业中的应用与发展[J].汽车工艺与材料,2004(7)：21-23.[2] 张俊远,王社斌,王帅,等.钕对AM60镁合金显微组织和力学性能的影响[J]．机械工程材料，2009，33(2):28-32.[3] 王朝辉,康永林,赵鸿金,等.晶粒细化工艺对AM60镁合金组织性能的影响[J].特种铸造及有色合金,2006,26(4):199-201.[4] 李双寿,郑伟超,汤彬,等.稀土、锶复合添加对AM60镁合金组织和性能的影响[J].铸造,2007,56(1)：18-22.[5] 郑立静,王春晖,侯亮卓,等.热加工对铸造AM50镁合金显微结构和力学性能的影响[J].稀有金属,2005,29(5)：615-618.[6] 王飞,李克.Mn对碳质细化Mg-3Al合金效果的影响[J].特种铸造及有色合金,2013,33(4):370-373.[7] 张舒淳.混合稀土La和Ce对AM60B镁合金耐蚀性能的影响[D].大连：大连海事大学，2014[8] Kadiri H E,Xue Y，Horstemeyer M F,et al.Identification and modeling of fatigue crack growth mechanisms in a die-cast AM50 magnesium alloy [J].Acta Mater,2006(54)：5061-5076.[9] Wang R M,Eliezer A,Gutman E M.An investigation on the microstructure of an AM50 magnesium alloy [J].Mater Sci Eng.A，2003，355：201-207.[10]王春建，金青林，周荣，等．Mn元素对高纯Mg-3Al合金晶粒尺寸的影响[J]．中国有色金属学报，2010，20(8)：1495-1500．[11]Barbagallo S,Laukli H I,Lohne O,et al.Divorced eutectic in a HPDC magnesium-aluminum alloy [J].J.Alloys Compd,2004,378：226-232. (Key Laboratory of Advanced Structural Materials,Ministry of Education,Changchun University of Technology,Changchun City 130012,China)Key words:magnesium alloy AM60B；zinc；microstructure；mechanical properties。
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