微量元素對Mg-2Zn-Mn鎂合金組織和性能的影響.pdf

1、通過在ZM21合金(Mg-2Zn-Mn)中加入微量Nd、Sm和 Ca元素,制備出Mg-2Zn-Mn(0＃)、Mg-2Zn-Mn-0.4Nd(1＃)、Mg-2Zn-Mn-0.4Sm(2＃)、Mg-2Zn-Mn-0.4Ca(3＃)、Mg-2Zn-Mn-0.4Nd-0.8Ca(4＃)和Mg-2Zn-Mn-0.4Nd-0.8Sm(5＃)六種合金,利用金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)及能譜分析(EDS)、差熱分析(DSC)、X衍射分析(XR

2、D)等手段,對六種合金的鑄態(tài)、均勻化態(tài)和擠壓態(tài)組織、相和力學性能進行了對比研究;對Mg-2Zn-Mn-0.5Nd合金的擠壓溫度進行了優(yōu)化。本研究結(jié)果如下：
　　①微量Nd、Sm和Ca元素的加入,可使ZM21合金的鑄態(tài)組織得到不同程度的細化。ZM21合金的物相組成為α-Mg和α-Mn相;加入微量Nd,1＃合金形成了兩種Mg-Zn-Nd三元相,即T2((Mg,Zn)11.5Nd)和T3((Mg,Zn)3Nd))相;單獨加入微量Sm,2

3、＃合金形成了Mg41Sm5二元相和Mg3Zn6Sm三元相;單獨加入微量Ca,合金中形成了Ca2Mg6Zn3三元相;復合添加Nd和Ca,合金中形成了三種三元相,即T2、T3和Ca2Mg6Zn3;復合添加Nd和Sm,合金中形成了(Mg,Zn)11.5(NdSm))、(Mg,Zn)3(NdSm))及Mg3Zn6Sm三元相。
　?、诹N鑄態(tài)合金經(jīng)400℃×12h均勻化退火處理后,ZM21合金和添加Sm元素的合金枝晶偏析基本消除,晶界清晰可

4、見,晶粒尺寸較大;添加Nd的合金與添加Ca的合金中還存在少量的粒狀第二相未溶入基體中;兩種復合添加的合金枝晶偏析消除程度較低,仍有粒狀和桿狀的第二相存在,晶界不明顯,但組織的細化效果比較顯著。經(jīng)均勻化退火處理后,鑄態(tài)合金中過飽和的Mn原子析出,使得均勻化態(tài)合金中的α-Mn相增多。
　　③經(jīng)400℃×12h均勻化后于350℃熱擠壓變形后,ZM21合金的屈服強度σs為175MPa、抗拉強度σb為248MPa、延伸率δ為16.5％。添加

5、Nd的1＃和添加Sm的2＃合金,延伸率都在16％左右,而屈服強度較0＃合金分別提高了66MPa和44MPa,抗拉強度σb分別提高了38MPa和25MPa。單獨添加Ca元素的3＃合金,屈服強度σs為200MPa、抗拉強度σb為265MPa,延伸率δ為19.5％。復合添加Nd和Ca的4＃合金屈服強度σs為298MPa、抗拉強度σb為314MPa,延伸率δ卻減小到4.3％。復合加入Nd和Sm的5＃合金,屈服強度σs為199MPa、抗拉強度σb

6、為264MPa,延伸率δ為22.4％。
　?、芨鞣N合金經(jīng)350℃熱擠壓變形后的組織,均為細小等軸的再結(jié)晶晶粒組成,第二相呈細小顆粒狀分布于晶界附近,第二相種類相對鑄態(tài)未發(fā)生變化。ZM21擠壓態(tài)合金的平均晶粒尺寸為8.25μm;添加微量元素的合金,擠壓態(tài)組織較 ZM21合金有不同程度的細化,其中復合添加Nd和Ca的4＃合金細化效果更顯著,平均晶粒尺寸僅為1.63μm。六種合金都形成了以{101—0}晶面衍射為最強峰的基面織構(gòu),其中4

7、＃元素的合金衍射峰強度最高,使得該合金的塑性大大降低。同時,4＃合金的軸比增大至1.6239,合金的對稱性變差,也對塑性有不利影響。
　?、軲g-2Zn-Mn-0.5Nd合金在260℃和300℃擠壓,所得為不完全再結(jié)晶組織;在340℃、380℃及420℃擠壓,可得到完全再結(jié)晶組織;擠壓溫度由260℃升高到340℃時,強度變化不明顯,塑性由18.6％下降到14.1％;擠壓溫度由340℃升高到420℃時,合金室溫延伸率由14.1％升高