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材料研究学报 2022年第3期36卷 213-219页

作者：范晋平蒋一锋裴镖康文旭太原理工大学材料科学与工程学院太原030024

使用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、光学显微镜(OM)及X射线衍射仪(XRD)等手段分析了Mg-14Al-5Si合金的组织和成分,用布洛维硬度计和电子万能试验机测试了这种合金的力学性能,研究了在Mg-14Al-5Si合金中添加不同量的Y元素... 详细信息

使用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、光学显微镜(OM)及X射线衍射仪(XRD)等手段分析了Mg-14Al-5Si合金的组织和成分,用布洛维硬度计和电子万能试验机测试了这种合金的力学性能,研究了在Mg-14Al-5Si合金中添加不同量的Y元素对其组织和力学性能的影响。结果表明:在Mg-14Al-5Si合金中分别添加0.5%、0.8%、1.0%和1.5%(质量分数,下同)的Y元素,使合金中的mg_(2)si相由粗大的树枝状变为多边形和圆形,共晶β-mg_(17)al_(12)相由粗大的连续网格状变为细小的网格状和孤岛状。Y的添加量为1.0%时改性效果最佳,mg_(2)si相的平均尺寸由42.21µm减小到8.15µm,此时合金的力学性能最佳,硬度为135 HB,抗拉强度为147 MPa,屈服强度为76 MPa,伸长率为5.04%。在Y的添加量为1.5%的合金中发现白色块状的mg-si-Y化合物。Y元素能促进mg_(2)si相形核、抑制其各向异性生长,并在β-mg_(17)al_(12)相的生长前沿偏析形成过冷结构,抑制其生长。

关键词：金属材料 Mg-14Al-5Si Y 微观组织力学性能

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Y元素和Ce元素对mg-al-si合金组织及性能的影响

Y元素和Ce元素对Mg-Al-Si合金组织及性能的影响

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作者：蒋一锋太原理工大学

学位级别：硕士

在21世纪,随着不可再生能源的不断消耗和环境污染问题日益严重,汽车车体的减重越来越受到重视。镁合金虽然具有较高的比刚度、比强度和低密度等优点,是汽车车体减重的理想材料,但是当工作温度高于120℃后,合金的力学性能开始恶化,不能... 详细信息

在21世纪,随着不可再生能源的不断消耗和环境污染问题日益严重,汽车车体的减重越来越受到重视。镁合金虽然具有较高的比刚度、比强度和低密度等优点,是汽车车体减重的理想材料,但是当工作温度高于120℃后,合金的力学性能开始恶化,不能满足高温工作的要求。想要扩展镁合金在汽车产业的应用范围,实现汽车车体的轻量化从而达到节约能源、缓解环境污染的目的,首要的就是要开发出低成本、性能好的耐热镁合金。目前开发的大多数耐热镁合金,合金化元素基本都是稀土元素,且稀土元素的添加量比较大。这就导致合金价格高昂,难以实现在汽车制造业中大规模的应用,也就达不到汽车车体轻量化的目的。找到能够替代稀土元素,且价格低廉的合金化元素是值得深入研究的问题。本文以加入al-26si中间合金的方式,向镁合金中引入si元素和al元素,首先通过调整合金中si元素的添加量,根据mg-al-si合金的显微组织和力学性能,选择Mg-14Al-5Si作为后续进行改性的基础合金。而后向Mg-14Al-5Si合金分别添加Y元素、Ce元素制备Mg-14Al-5Si-x Y和Mg-14Al-5Si-y Ce合金,根据Mg-14Al-5Si-x Y和Mg-14Al-5Si-y Ce合金的组织及性能,确定改性效果最佳的Y元素、Ce元素的添加量。本文利用光学显微镜(OM)、ICP光谱仪、X射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)对合金组织和成分进行分析。利用布洛维硬度计和电子万能试验机对合金力学性能进行测试。本论文通过改变si元素的添加量及相应al元素的含量,研究镁合金显微组织及力学性能的变化规律,以及Y元素和Ce元素的添加量对Mg-14Al-5Si-x Y和Mg-14Al-5Si-y Ce合金的中mgsi相及β-mgal相的改性效果与改性机制,及对Mg-14Al-5Si-x Y和Mg-14Al-5Si-y Ce合金力学性能的影响。使用al-26si中间合金向镁合金中引入si元素及al元素,添加0.8wt.%、2.0 wt.%、3.0 wt.%、4.0 wt.%、5.0 wt.%的si元素,发现添加5.0wt.%的si元素时,mg-al-si合金中的mgsi相和β-mgal相数量最多,且此时合金布氏硬度最高,为109HB,因此选择Mg-14Al-5Si合金进行添加稀土元素进行改性处理。向合金中添加0wt.%、0.5wt.%、0.8wt.%、1.0wt.%、1.5wt.%的Y元素制备Mg-14Al-5Si-x Y合金,结果表明添加Y元素能够有效改善合金的显微组织,Mg-14Al-5Si-x Y合金中的mgsi相和β-mgal相的形貌均得到较为显著的改善。当Y元素添加量为1.0wt.%时,合金改性效果最佳,此时Mg-14Al-5Si-1Y合金中的mgsi相由未改性时的粗大树枝状变为圆形,mgsi颗粒平均尺寸减小到8.15μm,与未改性的Mg-14Al-5Si合金相比减小了80.69%;Mg-14Al-5Si-1Y合金中的β-mgal相形貌也得到显著的改善,由粗大连续网格状变为孤岛状;合金中添加1.5wt.%的Y元素,Mg-14Al-5Si-1.5Y合金中出现白色块状的mg-Y-si化合物,该化合物的生成消耗熔体中较多的Y元素,削弱了Y元素的改性效果,导致Mg-14Al-5Si-x Y合金发生过改性现象。Mg-14Al-5Si-x Y合金的布氏硬度及各项拉伸性能均随着Y元素添加量的增加,呈先增大后减小的趋势。Y元素添加量为1.0wt.%时合金的综合力学性能达到最高,此时Mg-14Al-5Si-1Y合金的布氏硬度为135HB,与未改性的Mg-14Al-5Si合金相比提高了23.85%;Mg-14Al-5Si-1Y合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为147MPa、76MPa和5.04%,与未改性的Mg-14Al-5Si合金相比分别提高了27.83%、31.03%和278.95%。向合金中添加0wt.%、0.5wt.%、1.0wt.%、1.5wt.%、2.0wt.%的Ce元素制备Mg-14Al-5Si-y Ce合金,结果表明合金中添加Ce元素能够有效改善合金的微观组织形貌,Mg-14Al-5Si-y Ce合金中的mgsi相的形貌得到显著改善,β-mgal相的形貌也得到了一定的改善效果。当Ce元素添加量为1.5wt.%时,合金改性效果最佳,此时Mg-14Al-5Si-1.5Ce合金中的mgsi相由粗大树枝状变为圆点状分布,mgsi颗粒平均尺寸减小到6.07μm,与未改性的Mg-14Al-5Si合金相比减小了85.62%;Mg-14Al-5Si-1.5Ce合金中的β-mgal相形貌也由粗大连续网格状变为不连续且细小的网格状;在Ce元素添加量为2.0wt.%的合金中发现白色杆状的Ce si相。该化合物平均尺寸的增大一方面消耗熔体中较多的Ce元素,削弱了Ce元素对合金的改性效

关键词： Mg-14Al-5Si Y Ce 显微组织力学性能

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