Y、Si對Mg-Al合金顯微組織和力學(xué)性能的影響.pdf

1、通過微合金化來改善鎂合金力學(xué)性能是當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。稀土元素被認(rèn)為是能凈化合金液、提高鎂合金力學(xué)性能的有效元素，Si元素加入到鎂合金中后，能夠形成高熱穩(wěn)定性的Mg2Si相，改善合金的高溫力學(xué)性能。目前，有關(guān)Y、Si對鎂鋁合金的凝固、第二相形態(tài)和分布、力學(xué)性能等方面影響的研究還不完善，因此，研究Y、Si對鎂鋁合金的顯微組織和力學(xué)性能影響，對開發(fā)新型合金和擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍具有重要的實(shí)際意義。
　　 本文采用金相顯微鏡(OM)、

2、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能量散射光譜(EDS)、力學(xué)性能測試等分析手段，系統(tǒng)地研究了不同Y添加量Y(0.3[％]～1.3[％])和熱處理的AZ91+xY鎂合金顯微組織、晶粒度和力學(xué)性能的變化，以及Y、Si復(fù)合對Mg-xAl-0.8Zn合金的顯微組織、力學(xué)性能和Mg2Si相形態(tài)的影響。并運(yùn)用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等相關(guān)知識分析了合金熔煉、凝固和熱處理過程中發(fā)生的反應(yīng)或相變。
　　 對AZ91+xY鎂合金的研究結(jié)果表明：稀

3、土元素Y對AZ91不具有晶粒細(xì)化作用，反而使晶粒粗化，這與許多文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果相反。隨Y添加量的增加合金的晶粒尺寸先由 419μm增大到 1117μm后減小到 864μm，共晶組織先由網(wǎng)狀分布變?yōu)殡x散島狀分布，隨后又有聚集為斷網(wǎng)狀的趨勢。當(dāng)Y的添加量為0.7[％]時(shí)合金的共晶組織最細(xì)小，晶粒卻最大，Y與合金中的Al反應(yīng)生成了塊狀新相Al2Y。向AZ91鎂合金中添加少量的Y后，常溫下鑄態(tài)合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度下降，高溫(200℃)下合金的

4、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度有一定的增強(qiáng)。鑄態(tài)AZ91+xY合金的沖擊韌度呈波動(dòng)變化，當(dāng)Y的含量為0[％]、0.3[％]、0.7[％]時(shí)合金的沖擊韌度波動(dòng)變化不大，當(dāng)Y含量達(dá)到1[％]時(shí)合金的沖擊韌度達(dá)到較大值(14.9J/cm2)，合金中Y含量進(jìn)一步增加到(1.3[％])時(shí)沖擊韌度值下降。固溶處理后，合金隨Y含量的增加抗拉強(qiáng)度一直下降，下降幅度為15.1[％]，合金的布氏硬度在Y的添加量為0.7[％]時(shí)達(dá)到最小值47.2HB。175℃時(shí)效6，1

5、6，22小時(shí)，合金中的β-Mg17Al12重新析出，合金的硬度隨時(shí)效時(shí)間的延長一直增大。
　　 對Mg-(5～9)Al-0.8Zn-0.15Mn-1Si-1Y合金研究表明：合金的鑄態(tài)顯微組織由基體a-Mg相、島狀和斷網(wǎng)狀的b-Mg17Al12離異共晶體、以及不規(guī)則條狀或交叉條狀的Mg2Si相組成。隨合金中Al含量從5[％]增加到9[％]時(shí)，鑄態(tài)常溫抗拉強(qiáng)度從129.8MPa增加到154.9MPa，增速由快逐漸變慢。合金鑄態(tài)高溫(

6、180℃)抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)為先增加后減小，Al含量為7[％]時(shí)達(dá)到最大值。同時(shí)，隨合金中Al含量的增加沖擊韌度從18.1J/cm2降到5.0J/cm2。通過觀察Mg-7Al-0.8Zn-0.15Mn-1Si-xY合金(其中x=0.3[％]～1.0[％])的金相顯微組織，發(fā)現(xiàn)少量的Y(0.3[％])即可以使合金中的Mg2Si相從漢字狀變?yōu)闂l狀或交叉的條狀。然而，隨Y含量的進(jìn)一步增加合金中Mg2Si相的形態(tài)改變很小。
　　 對不同Si含

7、量的Mg-7Al-0.8Zn-0.15Mn-0.6Y合金研究的結(jié)果表明：隨合金中Si含量的增加，合金中不規(guī)則條狀或交叉條狀的Mg2Si逐漸增加，同時(shí)合金的晶粒尺寸逐漸減小。合金中Si含量較少時(shí)，Mg2Si相多數(shù)沿晶界分布，Si含量較高時(shí)Mg2Si相主要分布在基體上。對AZ71+0.5Si+0.6Y和AZ71+1.3Si+0.6Y合金415℃不同固溶時(shí)間處理后的光學(xué)顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，8小時(shí)固溶處理后，兩種成分合金中的β-Mg17Al12幾

8、乎全部溶解到鎂基體中，合金中的Mg2Si相幾乎沒有變化，延長固溶處理時(shí)間到28小時(shí)，合金中 Mg2Si相的形狀仍然幾乎沒有變化。合金中生成的Mg2Si相能抑制β-Mg17Al12相析出。少量的Si(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5[％]～1.6[％])添加到Mg-7Al-0.8Zn-0.15Mn-0.6Y合金中合金的常溫抗拉強(qiáng)度從163.2MPa下降到127.3MPa，高溫(180℃)抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，當(dāng)合金中Si含量為1.0[％]時(shí)合