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铸态AM60镁合金强韧化的研究

张俊远  
【摘要】: 镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼性能好以及电磁屏蔽能力强等优点,近年来成为汽车和电子行业的重要轻质材料,被誉为21世纪最具有发展潜力的“绿色工程材料”。随着汽车轻量化的要求,越来越多的汽车零部件采用镁合金制造来减轻汽车自重,其中汽车轮毂对于汽车减重具有尤其重要的意义和效果,但轮毂的使用条件决定其必须同时具有较高的强度和韧性,目前的镁合金材料还达不到这方面的要求。AM60及AZ91镁合金是工业应用最为广泛的镁合金。AM60韧性较好,但强度有待进一步提高。提高镁合金的强韧性是拓展镁合金在汽车上的应用范围的一个重要方向。 针对目前应用广泛的AM60镁合金,经合金设计过程确定目标合金成分后,本研究采用真空电阻熔炼炉在Ar保护条件下添加合金元素对其进行精炼,并得到了所需的合金试样。利用火花原子放射光谱仪、等离子体光谱仪、X射线衍射仪、金相显微镜、带能谱的扫描电镜、拉伸试验机等手段,分析、研究了合金添加剂对合金组织性能的影响,并探讨了其对合金组织性能影响的机理。通过试验与分析,得出以下结论: 1)在AM60合金中添加稀土Nd后,引起了合金组织的显著变化,晶粒明显细化,网状β-Mg_(17)Al_(12)相变为断续、弥散分布的骨骼或颗粒状。同时合金中开始出现杆状Al_(11)Nd_3新相。随着稀土含量的增加,β-(Mg_(17)Al_(12))相数量减少、尺寸变小,而Al_(11)Nd_3相则增多变粗。AM60合金的力学性能随着稀土含量的增加而增加。当稀土含量达到0.9wt%时,抗拉强度σ_b、屈服强度σ_(0.2)、延伸率σ均达到较高值,其值分别为230MPa、127MPa和14%,进一步增加稀土含量则有所下降。以上变化主要是由于晶粒细化、第二相强化以及固溶强化等相互协调作用的结果。 2)在AM60合金中加入变质剂C元素后,发现C元素主要分布在AlMn相和β相中,基体中很少有C元素的存在。C元素能够增加了合金凝固过程中的过冷度,细化合金组织,提高了合金性能。因加入C元素的形态不同,其对合金组织性能的影响按石墨粉、原煤粉、C纤维的顺序依次增大;即C纤维对合金组织的细化效果最为显著,室温力学性能的提高最为显著,其抗拉强度和延伸率分别达到了242.4MPa和13.2%,比基体合金分别提高了23%和2.5倍。 3)AM60合金的断裂方式为解理断裂和准解理断裂,而添加剂(C或Nd)的加入使合金断口出现些微观塑性特征,说明合金的塑性得到了提高。


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