稀土元素參與下AZ91D鎂合金亞快速凝固組織及其熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、作為21世紀(jì)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，鎂合金憑借高比強(qiáng)度、比剛度、優(yōu)異的阻尼性能和良好的電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，常規(guī)鑄造鎂合金組織粗大，并且晶界處連續(xù)網(wǎng)狀共晶相在高溫下易粗化，導(dǎo)致合金強(qiáng)度和抗蠕變性能不夠理想。晶粒細(xì)化可以有效地提高合金力學(xué)性能。稀土作為鎂合金研制中最具使用價(jià)值的元素，不僅可以細(xì)化晶粒，增加合金強(qiáng)度，還能顯著改善高溫蠕變性能。近平衡凝固條件下，稀土在鎂合金中易形成桿狀相，對(duì)基體產(chǎn)生很強(qiáng)割裂作用

2、，影響了合金力學(xué)性能的提高。亞快速凝固作為一種制備高性能新結(jié)構(gòu)材料的重要技術(shù)，能夠顯著細(xì)化合金晶粒，消除桿狀相結(jié)構(gòu)，大幅度提高合金力學(xué)性能。因此，將稀土合金化與亞快速凝固有效結(jié)合，有望提高合金的高溫強(qiáng)度及抗蠕變性能，為高性能鎂合金的研發(fā)提供理論依據(jù)。
　　本文采用銅模噴鑄技術(shù)，在高真空感應(yīng)熔煉爐內(nèi)開展稀土元素參與下AZ91D鎂合金的亞快速凝固，從而制備鎂合金鑄件。研究了稀土及亞快速凝固對(duì)AZ91D鎂合金組織的細(xì)化效果，對(duì)比分析不同

3、稀土及含量對(duì)晶粒尺寸、基體成分及相結(jié)構(gòu)的影響。采用不同工藝參數(shù)對(duì)亞快速凝固合金進(jìn)行熱處理，研究固溶和時(shí)效時(shí)間對(duì)合金微觀組織的變化，并分析固溶和時(shí)效過程中晶粒長大及沉淀相析出等熱穩(wěn)定性行為。在此基礎(chǔ)上，研究了不同工藝條件對(duì)合金硬度及壓縮強(qiáng)度的影響。
　　晶粒細(xì)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，亞快速凝固能夠顯著細(xì)化AZ91D鎂合金，平均晶粒尺寸由400μm下降到50μm，組織呈為細(xì)小等軸晶。當(dāng)稀土元素（Er、Ce）的添加含量為0.75wt％時(shí)，平均晶

4、粒尺寸為20μm，細(xì)小等軸晶變?yōu)榱罹?。此外，?dāng)稀土添加含量相同時(shí)，Ce對(duì)合金的細(xì)化效果比Er要好。在亞快速凝固條件下，稀土在鎂合金中生成的桿狀化合物（Al3Er、Al11Ce3）轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的顆粒狀。稀土對(duì)鎂合金的細(xì)化機(jī)理主要是由于溶質(zhì)富集引起的液/固界面前沿成分過冷促進(jìn)了基體的均質(zhì)形核，并且凝固過程中形成的稀土相阻礙了基體α-Mg的長大。
　　熱處理研究結(jié)果表明，420℃等溫固溶時(shí)，亞快速凝固AZ91D-0.75wt%Er合金組

5、織發(fā)生明顯晶粒長大現(xiàn)象，隨著固溶時(shí)間的增加，合金組織的熱穩(wěn)定性降低。然而亞快速凝固AZ91D-0.75wt%Ce合金在等溫固溶時(shí)保持著細(xì)晶組織，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。由于細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化及固溶強(qiáng)化的共同作用，亞快速凝固合金的顯微硬度和壓縮斷裂強(qiáng)度分別增加了49.2%和47.8%。隨固溶時(shí)間延長，β-Mgl7Al12硬脆相的溶解和晶粒的長大導(dǎo)致AZ91D-0.75wt%Er合金的顯微硬度不斷下降。200℃等溫時(shí)效時(shí)，β-Mg17Al12