Ca及Ca、Nd對鎂鋁基合金顯微組織和力學性能的影響.pdf

1、在金屬資源日益匱乏的今天，加速鎂合金材料相關(guān)的科學技術(shù)研究是實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的重要措施之一。然而由于鎂鋁基合金的主要強化相相Mg17Al12的熔點比較低，在高溫條件下易軟化，不能有效釘扎晶界和抑制高溫晶界移動。因此，提高鎂合金的高溫性能成為國內(nèi)外材料研究的熱點。
　　 本文針對Mg-Al基鎂合金，通過堿土元素Ca以及Ca、Nd復合變質(zhì)的方法，研究了Ca及Ca、Nd元素對合金組織及力學性能的影響。
　　 本文采用金屬型普通

2、鑄造法制各出Mg-(3％～9％)Al—xCa及Mg-6％Al—1Ca-xNd實驗合金。利用了光學金相顯微鏡、SEM掃描電鏡、EDS能量散射光譜、X射線衍射分析儀、布氏硬度計、電子萬能試驗機等手段，對添加Ca及Ca、Nd復合變質(zhì)的鎂鋁基合金鑄態(tài)顯微組織及力學性能進行研究和分析。結(jié)果表明：
　　 (1)合金元素Ca的加入，對Mg-(3％～9％)Al合金的組織形貌和相組成都產(chǎn)生了較大的影響。當AI／Ca之比不大于6時，Ca的加入明顯細

3、化了基體組織，粗大的β—Mg17Al12相的枝晶尺寸和二次枝晶間距明顯變小，數(shù)量也減少，并有部分β-Mg17Al12相成短條狀與顆粒狀。當Ca含量進一步增多時，合金中產(chǎn)生Al2Ca相，Al2Ca相的形貌從細骨骼狀逐漸轉(zhuǎn)變成網(wǎng)格狀，β—Mg17Al12相的數(shù)量繼續(xù)下降，當Al／Ca比超過3時，Al2Ca相以連續(xù)網(wǎng)狀沿晶界分布，此時B-Mg17Al12相已經(jīng)完全消失。
　　 (2)不同含量Ca的加入對實驗合金硬度主要體現(xiàn)在：實驗合金

4、的硬度都是隨著Ca含量的增加而上升的，三種合金的最高硬度分別是54.7HB、56．4HB、61．8HB。在Al2Ca相成為合金中主要第二相時，硬度上升最明顯，造成這一現(xiàn)象的主要原因是由于合金組織的細化和高硬度第二相的析出。而隨著Al含量的提高，Ca對合金硬度的提升程度較小。
　　 (3)適量Ca的加入可以提高合金的高溫性能。實驗合金的高溫拉伸性能隨著Ca含量的提升呈先上升后下降的趨勢，試驗表明添加適量的Ca對合金高溫性能有益，由

5、于耐熱脆硬相Al2Ca的析出，A、B組試驗合金的高溫性能都在Ca含量1wt％時達到最高值，而隨著Ca含量的進一步增加，高溫抗拉強度開始下降，但均高于基體合金。合金的高溫屈服強度隨著Ca的含量的增加而上升，說明Ca能夠提升合金的高溫抗變形能力。無論是室溫拉伸還是高溫拉伸，Ca的加入都使合金的塑性下降，Ca的加入提高了合金的脆性。
　　 (4)Mg-6Al-1Ca合金中加入合金元素Nd后，組織得到明顯細化，第二相形貌也發(fā)生很大變化。

6、當Nd含量為0.3％wt時，組織中未能發(fā)現(xiàn)含有Nd的化合物，與基體合金相比，半連續(xù)的網(wǎng)狀Al2Ca相已經(jīng)消失，組織形貌得到一定細化。當Nd含量達到0．6wt％時，組織中生成了細針狀的Al11Nd3相，Al2Ca以細骨骼狀存在，β-Mg17Al12相的形貌更加細化，基本以顆粒狀存在，并有微量的Ca固溶。此時合金中第二相主要由Al11Nd3、Al2Ca和β-Mg17Al12相組成。當Nd含量為0.9wt％時，組織中Al11Nd3相從細針狀轉(zhuǎn)

7、變成短棒狀，而β-Mg17Al12相和Al2Ca相的形貌粗化。
　　 (5)添加適量的Nd能夠提高臺金的室溫和高溫拉伸性能，隨臺金元素Nd含量的增加，試驗合金的抗拉強度和伸長率都呈先增加后降低趨勢。當Nd含量為0.6wt％對，合金的室溫和高溫抗拉強達到最高值，分別為191MPa和173MPa，比基體分別提高了17.1％和19.3％，隨后抗拉強度開始下降，但均高于基體合金。合金的塑性也得到有效改善，室溫和高溫的伸長率分別為6.6％