Al-P中间合金对AZ31+1%Ce合金组织和性能的影响

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镁合金是目前可用的最轻质的金属结构材料,具有比强度、比刚度高、阻尼减震、易于回收等一系列优异特性,特别是在制造业轻量化及节能减排方面具有强大的优势。镁资源十分丰富,而其它常用金属资源日益枯竭,因此镁合金被誉为21世纪最具有开发和应用潜力的“绿色工程材料”。研究证明,在AZ系镁合金中添加1%左右的稀土元素,可以显著地提高合金的综合力学性能以及耐腐蚀性能。但是,添加稀土元素不利的一面是沿晶界形成针状第二相。为消除针状第二相对合金塑韧性的不利影响,本文在AZ31+1%Ce合金的基础上,逐渐添加不同量的Al-P中间合金变质剂,优化合金中第二相的形貌,以进一步提高合金的综合力学性能。  本文以AZ31+1%Ce合金为研究对象,采用金相显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱(EDS)等分析检测设备,分析向AZ31+1%Ce合金中添加不同量的Al-P中间合金后,对合金组织和性能影响。研究针状相的析出长大规律,确定针状相的晶体结构,并对针状相的球化变质机理进行了分析。主要结论如下:  向AZ31合金中加入1%的稀土元素Ce后,合金的显微组织得到了明显的细化。合金的平均晶粒尺寸从原来的120μm细化至60μm;晶界处的粗大网状β-Mg17Al12相变得均匀、弥散分布的颗粒状。然而,在合金基体中形成一种针状第二相,对合金的性能不利。  向AZ31+1%Ce镁合金中逐渐添加Al-P中间合金后,沿晶界分布的、长度为10~20μm、长宽比为(10~20):1的针状相,逐渐转变为5μm左右的球化相,当Al-P中间合金的添加量为2.5%时,针状第二相的球化效果最好。  在AZ31+1%Ce合金中,合金的抗拉强度、屈服强度、显微硬度分别比AZ31合金提高13.1%、10.6%、10.4%,而延伸率、冲击功分别下降了10.5%、24.1%。向AZ31+1%Ce合金中添加2.5%Al-P中间合金后,合金抗拉强度、屈服强度、延伸率、显微硬度、冲击功比AZ31+1%Ce合金分别提高10.1%、9.8%、23.7%、7.2%、84.4%,因此,向AZ31+1%Ce合金中加入2.5% Al-P中间合金后,合金的综合性能得到进一步的提高。  向AZ31合金中添加1%Ce,合金的失重腐蚀速率降低38.8%,同时加入1%Ce和2.5% Al-P中间合金,合金的失重腐蚀速率比AZ31降低54.3%,合金的耐腐蚀性能进一步提高。向AZ31+1%Ce中加入2.5%Al-P中间合金后,合金的自腐蚀电位提高130mV,腐蚀电流密度比 AZ31+1%Ce合金进一步降低,合金的耐腐蚀性能提高。  AlP相的{111}面和Al11Ce3相的{112}面晶格错配度最小,晶格错配度δ=0.78%<5%,因此,AlP相的{111}面具有很强的异质形核能力。由于AlP相熔点高(1414℃)、热稳定性好,将Al-P中间合金加入合金熔体后,Al-P中间合金中的AlP相分散成比较细小的AlP相小质点,弥散分布在合金熔体中,可以作为Al11Ce3相的形核衬底,从而改变针状Al11Ce3相的显微形貌。
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