固相多次合成AZ31-Ce镁合金组织和性能

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近年来,随着科技的不断进步,人们对于镁合金的需求量不断增大,镁合金在航空航天、交通、军工、3C产品等领域均获得了迅猛地发展。镁合金的性能较低,向镁合金中添加稀土元素可以达到改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐蚀性能等目的。镁合金在制备的过程中,会产生大量的屑料或边角料。利用固相合成法制备镁合金不需对屑料或边角料进行重熔,避免了熔炼过程中的氧化、烧损、偏析、难加入等缺点,且节约资源、减少环境污染。本文选取AZ31镁合金屑和Mg-30 wt-%Ce中间合金屑,利用固相合成法制备了AZ31-2.5 wt-%Ce镁合金。利用金相显微镜、扫描电镜和电子万能试验机,对固相合成AZ31-Ce镁合金的微观组织、力学性能和断裂机制进行了研究,同时探究了Mg-Ce中间合金的变形机理,讨论了多次挤压后的AZ31-Ce镁合金的耐腐蚀性能和压缩性能,并与铸态和挤压态AZ31镁合金进行了比较。研究了挤压次数对AZ31-Ce镁合金微观组织和力学性能的影响。随着挤压次数的增加,AZ31-Ce镁合金的抗拉强度和延伸率逐渐增加,当挤压次数达到第5次时,抗拉强度达到311 MPa,延伸率达到9.83%;Mg-Ce中间合金屑和AZ31镁合金屑之间的结合强度不断提高,断裂方式趋向于韧性断裂;Mg-Ce中间合金屑先破碎后变形,最后呈细小的颗粒状均匀分布于AZ31基体中;Mg-Ce中间合金屑分别呈中等尺度的球状相、纤维状和细小的球状相,并在其周围形成一层Al4Ce相层,Al4Ce相层的厚度不断增加。研究了经5道次固相合成后的AZ31-Ce镁合金在3.5 wt-%Na Cl溶液中的耐腐蚀性能,利用静态失重法进行腐蚀试验,观察其宏观和微观腐蚀形貌、计算腐蚀速率,并与铸态和挤压态AZ31镁合金作对比,从而评定AZ31-Ce镁合金的耐腐蚀性能。经64 h的腐蚀后,铸态AZ31镁合金的耐腐蚀性能最好,其次是挤压态AZ31镁合金,AZ31-Ce镁合金的耐腐蚀性能最差。AZ31-Ce镁合金耐腐蚀性未增强的主要原因可能是:当向AZ31-Ce镁合金中添加2.5 wt-%的稀土元素Ce后,合金中Al4Ce相含量增多,导致偏聚加重,耐蚀性变差。研究了经5道次固相合成后的AZ31-Ce镁合金在不同温度下的压缩性能,利用WDW-200型压力机进行压缩试验,观察其微观组织、宏观和微观形貌,并与铸态和挤压态AZ31镁合金作对比,从而评定其压缩性能。室温时试样断裂,铸态和挤压态AZ31镁合金为脆性断裂,AZ31-Ce镁合金为韧脆混合型断裂,表现出较好的塑性。高温时试样被压扁,呈现为鼓状。350℃时,铸态AZ31镁合金的变形量为40%,挤压态AZ31镁合金的变形量为43.33%,AZ31-Ce镁合金的变形量为48%。
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