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混合稀土对AZ61镁合金组织和力学性能的影响

王瑞斐  
【摘要】: 含稀土元素的镁合金具有性能佳,塑性变形潜力大,比强度高,力学性能优良等诸多优点。本文研究了添加不同稀土含量的AZ61镁合金半连续铸造、均匀化处理和热挤压后的显微组织及力学性能。 用光学显微镜、X射线衍射和扫描电子显微分析方法对含稀土元素的合金进行了微观组织分析,较系统的研究了稀土元素对试验合金铸锭组织的影响;确定了上述具有不同化学成分和加工状态的合金在室温和150℃下的抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和延伸率δ,分析了均匀化处理和热挤压所引起的不同稀土含量的AZ61镁合金的显微组织演化,探讨了稀土元素的强化机制,均匀化处理以及挤压变形对不同稀土含量的AZ61镁合金室温和中温力学性能的影响规律,并分析了半连续铸造和热挤压后合金的断裂机制。 实验结果表明:混合稀土的加入,可以显著细化半连续铸态合金的组织,改善室温和150℃下的力学性能。随着稀土加入量的增加,基体细化效果逐渐明显。β相的形貌和分布也逐渐改变,由不规则的网状分布→半连续的网状分布→弥散的点状分布,继续增加稀土含量,在晶界处的铝稀土新相进一步增多,变为粗大的杆状、片状,对基体产生割裂的作用。在AZ61的基础上添加混合稀土,通过细晶强化和析出强化提高了合金的强度,而对塑性性能影响不大,当稀土含量在2%时合金具有较好的综合性能。 挤压变形可消除镁合金铸锭中的气孔、疏松和缩孔等缺陷;经热挤压后的合金组织主要由动态再结晶组织构成,晶粒显著细化,力学性能与半连续铸态相比得到全面的改善,表现为较高的强度和塑性,抗拉强度最高可达到301MPa,屈服强度最高为226.67MPa,延伸率最高值为22.39%。挤压态的合金随着混合稀土的增多,横向组织,纵向流线都明显细化。 硬度测试结果表明:挤压态的硬度值明显高于半连续铸态和均匀化态,四种合金在三种状态下起初都逐步升高,而后略有降低,在稀土含量为2%时的硬度值达到最高,分别为HRE61.04,HRE61.15和HRE71.4。 半连续铸态合金室温拉伸时表现为脆性断裂。挤压态的合金室温拉伸断口上存在大量的韧窝、解理台阶和撕裂棱,表现出混合断裂特征,随着稀土含量的增多,韧窝数量增多且深度增加,韧性断裂特征逐步明显。


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