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含铈的Mg-Al-Zn系镁合金AZ31、AZ61和AZ91镁合金显微结构及组织性能
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-10-29
变形镁合金材料发展潜力巨大，通过变形、材料组织的控制和热处理工艺的应用，可以获得比铸造镁合金材料更高的强度，更好的延展性，更多样化的力学性能，从而满足更多结构件的需要。改善镁合金的强度和韧性及其综合匹配性已成为镁合金开发研究的一个重要方向。添加稀土元素有利于形成细小的等轴晶，从而有效地改善镁合金的铸造组织和微观结构，稀土元素铈与镁能形成热稳定的镁-稀土相Mg12Ce，它能在高温变形时强化晶界。用La、Ce、Nd、Y来提高镁合金的高温性能是研究者常用的方法，添加稀土元素有利于净化合金熔体，有效改善镁合金的组织和微观结构。本文选择AZ31、AZ61和AZ91镁合金，通过加入不同含量的铈元素，较为系统地研究了铈对Mg-Al-Zn系镁合金的相组成、微观组织结构和力学性能的影响。
在AZ31合金中添加1.0%Ce时，提高了合金高温塑性变形的峰值应力，使得合金在400℃和250℃的变形能力增加，因而有利于合金的热加工。铈元素的加入，可以在AZ31、AZ61及AZ91合金中产生新Al4Ce相，为杆状，随铈含量增加，Al4Ce相增加，均匀分布于镁基体；随铝含量的增加，Al4Ce相粗化。Al4Ce相在镁合金中为高温相，合金凝固过程中最先析出，其他合金元素偏聚于它周围凝固，因而铸态组织成分偏聚严重，合金在加工前需要进行均匀化热处理，减少合金元素的偏聚。在AZ31、AZ61及AZ91合金中添加铈元素可以分别提高合金的力学性能。加工状态下，合金强度随铈含量的增加而增加，其中含1%铈的合金有最高的强度，比不含铈的该系合金高10%左右。在AZ61合金中添加1%铈有最高的强度，轧制态，其抗拉强度为350MPa，屈服强度为274MPa，伸长率为6.2%；退火后，抗拉强度为306.1MPa，屈服强度为201.4MPa，伸长率为18.7%。铝含量对合金的热变形有显著影响，铝含量升高，合金变形能力下降。因而在指定加工工艺中，针对AZ31、AZ61及AZ91合金中铝含量不同，选择不同加工工艺。AZ31系变形能力好，可以将方形铸锭直接轧制成板材，或先挤压，然后轧制成板材；AZ61系合金变形能力降低，先进行挤压获得坯板，利用变形坯板比铸态坯板变形能力好的特点再轧制；AZ91系变形能力最低，只进行了挤压变形。
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