微量Er對(duì)Mg-Nd-Zn-Zr合金顯微組織與力學(xué)性能的影響
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)錫不銹鋼板
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鎂合金是結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬，具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)。同時(shí)具有導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性好，阻尼減震和電磁屏蔽性能好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)、電子、家電、通信及航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多。但是鎂的化學(xué)活性強(qiáng)，在熔融狀態(tài)下遇氧極易燃燒，爆炸。即使在200℃下，鎂合金也極易氧化，抗拉強(qiáng)度很低，這在很大程度上限制了鎂合金的應(yīng)用。添加重稀土元素可提高鎂合金的抗蠕變性和力學(xué)性能。通過(guò)Mg-Er相圖知，稀土Er在鎂合金中的最大固溶度為6.9at%，而且Er還具有良好的除Fe效果。適量的稀土Er還具有阻燃和凈化鎂合金液體的作用，能夠有效去除夾雜，顯著地提高了合金的力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，Mg-Nd-Zn-Zr鎂合金具有良好的室溫和高溫力學(xué)性能。本文以最優(yōu)成分的Mg-Nd-Zn-Zr合金為基礎(chǔ)，探討Er在Mg-Nd-Zn-Zr合金中的作用、分布及存在形式，為提高M(jìn)g-Nd-Zn-Zr合金的性能提供參考。
名義成分為Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr(1#)和Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.5Er(2#)的合金在坩堝式電阻爐中進(jìn)行熔煉，所用的爐料為Mg錠(純度為99.9wt%)，Mg-Zr中間合金(30wt%Zr)，Mg-Nd中間合金(30wt%Nd)，Mg-Er中間合金(30wt%Er)和Zn錠(純度為99.9wt%)。合金的澆注溫度為(740±5)℃，采用金屬型模具澆注，模具的預(yù)熱溫度為(200±5)℃，整個(gè)過(guò)程在SF6、CO2和空氣的混合氣體的保護(hù)下進(jìn)行。合金的實(shí)際成分通過(guò)直讀型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)得為Mg-3.02Nd-0.21Zn-0.34Zr(1#)和Mg-3.25Nd-0.24Zn-0.41Zr-0.54Er(2#)。鑄錠的固溶處理工藝為520℃×4h后熱水(約70℃)淬火。時(shí)效處理在200℃的油浴爐中進(jìn)行，時(shí)效過(guò)程采用維氏硬度計(jì)記錄合金硬度的變化，加載砝碼3kg，加載時(shí)間30s。
Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金鑄態(tài)時(shí)由α-Mg基體與分布在晶界的Mg12Nd相組成，元素Er主要以白色小顆粒形貌分布在晶間，小部分Er溶入Mg12Nd化合物中。隨著Er的加入，Mg-Nd-Zn-Zr合金達(dá)到峰值時(shí)效的時(shí)間更短，時(shí)效強(qiáng)化效果更好。峰值時(shí)效后Mg-Nd-Zn-Zr-Er鎂合金有大量細(xì)小的第二相析出，第二相均勻地分布在晶內(nèi)，數(shù)量比不含Er的合金中析出的相要多。Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金具有優(yōu)良的室溫力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率分別為283.4、170.2MPa和4%。隨著Er的加入，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度升高，伸長(zhǎng)率幾乎不變。
名義成分為Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr(1#)和Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.5Er(2#)的合金在坩堝式電阻爐中進(jìn)行熔煉，所用的爐料為Mg錠(純度為99.9wt%)，Mg-Zr中間合金(30wt%Zr)，Mg-Nd中間合金(30wt%Nd)，Mg-Er中間合金(30wt%Er)和Zn錠(純度為99.9wt%)。合金的澆注溫度為(740±5)℃，采用金屬型模具澆注，模具的預(yù)熱溫度為(200±5)℃，整個(gè)過(guò)程在SF6、CO2和空氣的混合氣體的保護(hù)下進(jìn)行。合金的實(shí)際成分通過(guò)直讀型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)得為Mg-3.02Nd-0.21Zn-0.34Zr(1#)和Mg-3.25Nd-0.24Zn-0.41Zr-0.54Er(2#)。鑄錠的固溶處理工藝為520℃×4h后熱水(約70℃)淬火。時(shí)效處理在200℃的油浴爐中進(jìn)行，時(shí)效過(guò)程采用維氏硬度計(jì)記錄合金硬度的變化，加載砝碼3kg，加載時(shí)間30s。
Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金鑄態(tài)時(shí)由α-Mg基體與分布在晶界的Mg12Nd相組成，元素Er主要以白色小顆粒形貌分布在晶間，小部分Er溶入Mg12Nd化合物中。隨著Er的加入，Mg-Nd-Zn-Zr合金達(dá)到峰值時(shí)效的時(shí)間更短，時(shí)效強(qiáng)化效果更好。峰值時(shí)效后Mg-Nd-Zn-Zr-Er鎂合金有大量細(xì)小的第二相析出，第二相均勻地分布在晶內(nèi)，數(shù)量比不含Er的合金中析出的相要多。Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金具有優(yōu)良的室溫力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率分別為283.4、170.2MPa和4%。隨著Er的加入，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度升高，伸長(zhǎng)率幾乎不變。