Al-Ce基中间合金的制备及其在ZA105高锌镁合金中的应用

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众所周知,Mg-Al合金由于不能够在高于120℃的情况下使用而严重的阻碍了该合金的应用与推广。近年来的研究发现Mg-Zn-Al系合金具有高温性能较好,成本较低和铸造性能较好等方面的优势,被认为是一种具有发展前途的高温抗蠕变镁合金。然而这种合金的抗拉强度和冲击韧度仍有待于进一步的提高。在众多的镁合金研究中,绝大部分都是将合金元素以纯单质的形式加入到镁合金中,而本文打破传统中的单合金元素的加入方式,而是将多种元素复合制备成的中间合金,再添加到镁合金中,这不仅能够消除合金元素的密度差异还能够消除合金元素的熔点差异。通过对前人的研究,本文采用Al、Ce、Sb、Ti四种元素作为中间合金的主要成分,而镁合金则是选用ZA105高锌镁合金做为基体合金,以此来观察自制的中间合金对ZA105高锌镁合金的显微组织和力学性能的影响。本文采用Al, Ce元素作为中间合金的基体合金元素,并加入Sb、Ti、Mn元素,制备出两种新型的Al-Ce基中间合金,分别是Al-40%Ce-5%Sb-4.8%Ti(5#)和Al-40%Ce-5%Sb-4.8%Ti-5%Mn(6#),结果表明:在ZA105高锌镁合金中加入5#中间合金后,合金中的组织主要由a-Mg基体,z-Mg32(Al,Zn)49、φ>Al2Mg5Zn2和Al4Ce化合物相组成。随着5#中间合金加入量的增加,合金中网状分布的第二相逐渐地变成较短的条状相或块状相,这些相均匀的分布在合金的基体中,合金的基体组织也明显的变得细小了。特别是中间合金的加入量为2.0wt.%时,合金中的第二相基本全部呈细小的块状均匀分布在基体中,而此时合金的常高温抗拉强度也都达到了最大值,分别为195MPa(RT),177MPa(150℃)和152MPa(200℃),比不加入中间合金的ZA105高锌镁合金分别增加了8.33%,18%和16.92%。合金的冲击韧度则是在5#中间合金的加入量为1.0wt.%达到了最大值,为8.45J/cm2,比不加5#中间合金的高锌镁合金高出16.23%。随着5#中间合金的加入量的继续增加,合金中出现了一种针状相,这种针状相使得合金中那些呈块状均匀分布的第二相逐渐连接在一起,形成了长条状或是断网状的相,同时,这种针状相还严重的割裂基体,降低了合金的常高温抗拉强度,尤其是冲击韧度。ZA105高锌镁合金的硬度则由于硬质颗粒相的增加而始终随着中间合金加入量的增加而上升。在ZA105高锌镁合金中,随着6#中间合金加入量的增加,合金中的基体以及第二相都发生了很大的变化,与加入5#中间合金的时候很相似。但是在6#中间合金的加入量为3.0wt.%时,合金中的第二相基本全部以块状相均匀的分布在合金基体中;合金基体也明显细化;同时,合金的常高温抗拉强度和冲击韧度都达到了最大值,分别为198MPa(RT)、178 MPa(150℃)、155MPa(200℃)和9.21J/cm2,比没有加入6#中间合金的ZA105高锌镁合金分别提高了10.00%、18.67%、19.23%和26.69%。随着6#中间合金加入量的继续增加,合金显微组织和力学性能(常高温抗拉强度和冲击韧度)的变化与加入5#中间合金的ZA105高锌镁合金的变化相似。合金的硬度则随着6#中间合金加入量的增加而得以提高。对比5#和6#中间合金对ZA105高锌镁合金的显微组织和力学性能的影响发现,6#中间合金对ZA105高锌镁合金中第二相的改善作用明显的优于5#中间合金,对其的力学性能的改善尤为突出。6#中间合金对ZA105高锌镁合金的常高温抗拉强度的提高幅度都要高于5#中间合金对ZA105高锌镁合金的常高温抗拉强度的提高幅度,尤其是冲击韧度,提高了10.46 %,但是其硬度提高幅度略低于加入5#中间合金。
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