Zn和Ce含量对Mg-Zn-Mn-Ce合金组织和性能的影响

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本文研究Zn和Ce含量对Mg-Zn-Mn-Ce合金组织和性能的影响,利用合金熔炼和挤压等中试试验获取不同Zn含量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)、Ce含量(0.1%、0.7%)的铸态及挤压态合金,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察及定量金相分析,以及XRF、DSC、XRD、显微硬度、室温拉伸等检测手段,研究了Zn含量的微量变化对Mg-xZn-Mn-0.5Ce合金的微观组织和力学性能的影响规律及机理,对比分析了Ce含量不同的Mg-2Zn-Mn-0.1Ce合金和Mg-2Zn-Mn-0.7Ce合金经不同温度挤压后组织和性能的变化规律,从而优化了该合金成分和热挤压温度参数。论文研究得到以下主要结果:(1)随着Zn含量的增多,挤压态Mg-(1.0~2.5)Zn-Mn-0.5Ce合金中再结晶晶粒的平均尺寸由3.8μm到3.0μm逐渐减小,减小幅度较小;未再结晶组织所占的比例逐渐增大,组织的均匀性下降;合金中的第二相种类没有发生变化,但数量逐渐增多,在挤压过程当中,合金中的第二相被压碎并沿挤压方向(ED)分布。(2)随着Zn含量的增加,挤压态Mg-(1.0~2.5)Zn-Mn-0.5Ce合金的屈服强度、抗拉强度都呈小幅度升高的趋势,延伸率先升高后降低。Zn含量为1.5%时,合金的综合力学性能最优:屈服强度达到243.1MPa,抗拉强度达到287.3MPa,延伸率达到18.1%。(3)Ce含量不同的1#(Mg-2Zn-Mn-0.1Ce)合金和和7#(Mg-2Zn-Mn-0.7Ce)合金,不同挤压温度挤压后的平均晶粒尺寸都小于5μm。在相同的挤压温度下,7#合金的热变形细化效果优于1#合金。随着挤压温度的升高,两种合金的平均晶粒尺寸都呈小幅度增大的趋势,在340℃时,1#合金的晶粒尺寸仅为1.6μm,挤压温度升高到430℃时,该合金的晶粒已长大到3.9μm;7#合金的晶粒尺寸则从1.3μm长大到2.9μm。随着挤压温度的升高,挤压态合金中的未再结晶组织的比例大幅度减少。(4)1#合金中的第二相很稀少,呈细小颗粒状弥散分布在基体中,随着挤压温度的升高,1#合金的第二相数量以及分布状况都没有明显变化。7#合金中存在沿挤压方向呈流线型分布的第二相颗粒。随着挤压温度的升高,部分第二相颗粒溶入到基体中,分布越来越弥散。相同的合金经不同的温度挤压后,其第二相种类并没有发生变化。(5)随着挤压温度从340℃升高到430℃,两种合金的屈服强度、抗拉强度和硬度值的变化趋势是一致的,都呈小幅下降的趋势,延伸率都呈先升高后下降的趋势,1#合金和7#合金的延伸率分别在370℃和400℃时达到峰值。370℃时1#合金可获得较好的综合力学性能:屈服强度高于250MPa,抗拉强度高于290MPa,延伸率达到20%;与之相比,含有更多Ce的7#合金经各种温度挤压后的强度和塑性,都提升有限,因此从降低Ce添加量以控制原料成本而言,1#合金更容易为商业用途所接受。
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