添加稀土元素Ce對(duì)AZ91D鎂合金組織的影響_圖文

1、稀有金屬快報(bào)年卷第期鎂合金作為金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的合金材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、工藝性能好等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已在汽車、通訊、航空航天等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。但是鎂合金是密排六方結(jié)構(gòu)，決定了其塑性變形能力較差，如何改善和提高其塑性是鎂合金獲得推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。實(shí)踐證明，晶粒細(xì)化是改善多晶鎂合金變形結(jié)構(gòu)、提高性能的有效途徑，。國內(nèi)外已有許多學(xué)者，在鎂合金中添加微量元素，如鈣、硅、銻、錫、鉍、稀土等來細(xì)化晶粒。稀土元素具有凈化合金液、改善合金的鑄造性能及細(xì)化組織等一系列作用，是鎂合金良好的變質(zhì)劑。本實(shí)驗(yàn)在合金中添加微量稀土元素，考察其對(duì)合金顯微組織的影響，探討對(duì)鎂合金初晶組織和共晶組織的變質(zhì)機(jī)理

2、。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)材料選用鎂合金，其，含量僅為一般鎂合金的，抗腐蝕能力相對(duì)較強(qiáng)，且具有一定的固液相溫度區(qū)間，液相線溫度為，固相線溫度為左右。通過添加不同含量的稀土，對(duì)鎂合金進(jìn)行變質(zhì)處理。的添加量為，（原子分?jǐn)?shù)）。實(shí)驗(yàn)過程合金在井式電阻爐中使用覆蓋保護(hù)進(jìn)行熔化，在過熱到時(shí)加入變質(zhì)劑，靜置，然后澆鑄到石墨型模具中，型腔尺寸為×。從鑄錠上截取金相試樣，采用甘油腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，在型金相顯微鏡上觀察顯微組織。在射線衍射儀上分析相組成，采用美國公司的軟件，對(duì)試樣組織進(jìn)行圖像分析、計(jì)算面積比率和晶粒數(shù)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果合金的組織特征金相觀察發(fā)現(xiàn)，對(duì)鎂合金具有明顯的細(xì)化效果。未變質(zhì)的鎂合金的金相組織見圖。

3、從圖看出，其組織主要由固溶體、淺白色添加稀土元素對(duì)鎂合金組織的影響艾廬山，袁森，康彥，王武孝（西安理工大學(xué)，陜西西安）摘要：用金相顯微鏡、能量色散譜儀（）和射線衍射儀（）研究了稀土元素對(duì)鎂合金鑄態(tài)組織的影響。結(jié)果表明，對(duì)鎂合金具有明顯的變質(zhì)效果，加入后，樹枝晶變化不明顯，晶界上的相呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布；加入后，合金晶界上的離異共晶相基本上斷裂成骨骼狀，轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀且分布比較均勻；加入稀土后，枝晶變細(xì)，共晶相完全變?yōu)轭w粒相，彌散分布于晶界處。微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，組織中出現(xiàn)了分布于晶界處的桿狀化合物。關(guān)鍵詞：鎂合金；晶粒細(xì)化；稀土中圖法分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）收稿日期：作者簡(jiǎn)介：艾廬山，男，年生，

4、碩士研究生，西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安，電話：，：， 的離異共晶（）相（圖中處）和黑灰色共晶相組成（圖中，處）；另外出現(xiàn)了偏析相（圖中處），相呈黑色點(diǎn)狀，較多地分布于晶內(nèi)與晶界處，是溶入形成的固溶體；（）相以不規(guī)則網(wǎng)狀分布于晶粒邊界處，也有少部分分布于晶粒內(nèi)（圖處）。根據(jù)二元相圖，相周圍的黑灰色層片狀組織是合金凝固之后冷卻過程中二次析出的相。而當(dāng)加入后，合金組織得到明顯細(xì)化（圖），相變成了斷續(xù)小塊狀或骨骼狀彌散分布在晶界處，幾乎觀察不到網(wǎng)狀相，黑點(diǎn)狀的偏析相明顯減少，同時(shí)組織中出現(xiàn)了桿狀和塊狀化合物（圖中的，處）。 為了確定種合金組織中出現(xiàn)的各相以及桿狀和塊狀化合物的成分，采用結(jié)

5、合進(jìn)行分析。圖為種合金的譜圖，對(duì)圖和圖進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，添加的合金中生成了新相。表所列為圖中，定點(diǎn)的分析結(jié)果（譜圖略）及分析得出的組成相。表中的數(shù)據(jù)證實(shí)了如前所述合金中所含的各相。表列出了圖中，定點(diǎn)的分析結(jié)果及分析得出的相組成。可以看出，變質(zhì)合金中偏析于晶界處的桿狀和塊狀相為。對(duì)圖中點(diǎn)的定點(diǎn)分析結(jié)果去除化合物的含量，則，說明此相確實(shí)為，這也驗(yàn)證了的分析結(jié)果。而根據(jù)表中，點(diǎn)數(shù)據(jù)和圖的分析結(jié)果，可以斷定這種形態(tài)的化合物為同一種物質(zhì)（）相。周海濤等人的研究認(rèn)為，加入的合金中出現(xiàn)的新相為（），而本實(shí)驗(yàn)中分析的結(jié)果為相，可能是由于對(duì)元素具有偏聚作用，因其過量地偏聚到晶界處，引起了相向相轉(zhuǎn)變。圖中顯示還有一種

6、球形顆粒（圖中點(diǎn)），為了確定是否與，點(diǎn)屬于同一種物質(zhì)，進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)仍然含有元素，結(jié)合表數(shù)據(jù)分析，說圖未變質(zhì)處理的合金的金相照片圖添加變質(zhì)處理的合金的金相照片 圖未變質(zhì)（）和經(jīng)變質(zhì)（）的鑄態(tài)合金的譜圖（）（）研發(fā)與應(yīng)用稀有金屬快報(bào)年卷第期明此偏析相為固溶體中游離的相。加入量對(duì)合金顯微組織的影響圖所示為未變質(zhì)和加入不同量變質(zhì)后合金的金相照片。未變質(zhì)合金的晶粒粗大，晶界上的相呈半連續(xù)網(wǎng)狀分布，并且在其周圍分布著較多的黑灰色相（圖箭頭所指處）。稀土的加入量發(fā)生變化時(shí)，合金的初晶形態(tài)、共晶分布以及數(shù)量上也發(fā)生了明顯的變化。加入時(shí)，初晶組織變化不大，晶界上的相呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布，部分離異共晶相已變?yōu)樾K狀，

7、但是沒有出現(xiàn)明顯的新相化合物（圖）。加入時(shí)，晶界上的離異共晶相基本上斷裂成分立的塊狀，轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀且分布比較均勻，并伴有一小部分的塊狀和桿狀相出現(xiàn)（圖）。加入時(shí)，枝晶明顯變細(xì)，共晶相完全變?yōu)轭w粒狀，分布彌散且均勻，塊狀和桿狀相的數(shù)量明顯增多（圖）?？梢哉J(rèn)為，稀土的加入對(duì)合金起到了明顯的變質(zhì)作用。 圖添加不同含量的合金鑄態(tài)的金相照片：（），（），（），（）表圖中各點(diǎn)的元素（）分析和相分析結(jié)果（）表圖中各點(diǎn)的元素（）分析和相分析結(jié)果（）對(duì)合金共晶組織晶粒尺寸的影響合金中的共晶組織是一種低熔點(diǎn)硬脆相，對(duì)合金的力學(xué)性能造成重要的影響。圖為不同含量的稀土對(duì)鎂合金共晶組織影響的圖，像分析結(jié)果?？梢钥闯觯?/p>

8、合金中添加了一定量的后，共晶組織的析出量發(fā)生了明顯的變化。沒有添加變質(zhì)元素的合金，共晶組織所占面積比為，而當(dāng)添加了的后，共晶組織的面積比為，析出量相對(duì)減少，同時(shí)其顆粒數(shù)從增加到，幾乎增長了倍。這進(jìn)一步解釋了共晶組織在形貌上的變化，網(wǎng)狀相斷網(wǎng)成小塊狀，然后變成顆粒狀，彌散分布于晶界處。這種彌散的第二相顆粒不僅具有晶界強(qiáng)化效果，而且還能對(duì)晶內(nèi)及材料基體起到一定的彌散強(qiáng)化作用。在塑性變形中，這樣分布的第二相顆?？呻S基體的變形而流動(dòng)，不會(huì)造成明顯的應(yīng)力集中。因此，在較大的變形量中合金不會(huì)過早地出現(xiàn)斷裂與破壞，有利于提高合金的塑性和韌性。 分析與討論鈰化物的形成在鎂合金中可能會(huì)形成種化合物，即，化合物。

9、但是它們形成的難易程度，要從其電負(fù)性差值來判斷。電負(fù)性差值越大，元素間的結(jié)合力越大，就越容易形成化合物。，和的電負(fù)性值分別為，和的電負(fù)性差分別為和，幾乎相近，并且都大于與的電負(fù)性差（）。在合金中加入后，由于的表面活性作用使得合金中游離態(tài)元素在晶界處偏聚，出現(xiàn)某一區(qū)域元素含量增高的現(xiàn)象，過量的，和共同吸附于晶界處，在電負(fù)性的作用下將優(yōu)先生成三元相，而并非生成二元相（）。能譜分析證實(shí)，在未變質(zhì)的晶粒內(nèi)部和晶界處，的含量基本一樣，在范圍內(nèi)；可是在變質(zhì)后，晶界處的含量上升到，如表所示。稀土對(duì)鎂合金變質(zhì)的機(jī)理在鎂中，稀土的極限固溶度為，所以在鎂中存在有種作用，一是作為合金元素，可以提高鎂合金的耐熱性；二

10、是形成中間相，細(xì)化晶粒，強(qiáng)化合金。從圖和圖中可以看出，大部分分布在晶界處，只有很少一部分固溶于基體內(nèi)部。由此可知，在枝晶表面的濃度要大于其在晶粒內(nèi)部的濃度，在凝固過程中遷移至枝晶的表面，使其表面能量降低，即對(duì)鎂來說具有正吸附作用，是鎂的表面活性元素，其活度可以用吉布斯公式來表示：式中：為單位面積液面上較內(nèi)部多吸附或少吸附的溶質(zhì)量；為表面張力；為溶質(zhì)濃度；為絕對(duì)溫度；為氣體常數(shù)。從式中可知，若，則，即：隨著溶質(zhì)濃度的增加，表面張力即表面能降低，因此進(jìn)一步證實(shí)了是鎂的表面活性物質(zhì)。當(dāng)鎂合金中添加較少的（）時(shí)，一部分固溶到鎂基體中，其余的會(huì)富集于晶粒的生長界面前沿，出現(xiàn)一層稀土界面層，當(dāng)離異共晶組織

11、出現(xiàn)后，由于稀土的富集而阻止了離異共晶組織的生長，從而使半連續(xù)網(wǎng)狀的離異共晶組織變?yōu)閿嗬m(xù)狀（圖）。隨著加入量的增加，直接與偏聚在凝固界面前沿的和化合而形成桿狀圖對(duì)鎂合金共晶相含量的影響研發(fā)與應(yīng)用稀有金屬快報(bào)年卷第期的化合物。這種化合物具有較高的熔點(diǎn)（以上），在凝固過程中阻止晶粒的長大而使晶粒細(xì)化。同時(shí)稀土相的生成，消耗了合金中的，影響相的形成，從而進(jìn)一步使離異共晶組織的數(shù)量變少、尺寸變小，以顆粒狀彌散分布于晶界處。結(jié)論（）加入稀土元素后，具有明顯的細(xì)化效果，初晶組織變得細(xì)小，網(wǎng)狀的共晶組織斷網(wǎng)成顆粒狀，均勻分散在晶界處。（）變質(zhì)后組織中出現(xiàn)了分布于晶界處的桿狀化合物，阻礙了初晶和共晶的生長，細(xì)化了合金鑄態(tài)組織，且其量隨著稀土加入量的增加而增加。參考文獻(xiàn)（劉正），（張奎），（曾小勤）（鎂基輕質(zhì)合金理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用）：，（張津），（張宗和）（鎂合金及應(yīng)用）：，（陳體軍），（郝遠(yuǎn)）金屬的半