铈对AZ31、AZ91和ZK60镁合金铸态组织的影响

发布时间：2020-04-02 11:16

【摘要】： 镁合金作为轻质的工程结构材料,在汽车、航空航天和其它领域的应用前景广阔。然而,现有镁合金的力学性能和成形性能等还难以满足工业生产的需要。因此,有必要进一步通过合金化和/或微合金化来改善镁合金的综合性能。稀土元素Ce作为一种有潜力的合金化和/或微合金化元素,其在镁合金中的作用一直受到国内外的广泛关注和高度重视,并对此开展了大量的研究。然而,目前国内外对于Ce在镁合金中的作用仍然存在不少的争议,尤其是Ce对镁合金组织细化的影响。一种观点认为Ce合金化和/或微合金化可以细化镁合金的组织,而另一种观点则认为在镁合金中添加Ce不但不能细化合金的组织,反而使合金的组织粗大。因此,进一步深入研究Ce对镁合金组织的影响,对于通过Ce合金化和/或微合金化改善现有镁合金的综合性能意义重大。同时,研究成果对于高性能含Ce新型镁合金的开发也同样具有理论指导意义。本文以AZ31、AZ91和ZK60三个典型镁合金为研究对象,系统研究了Ce添加对AZ31、AZ91和ZK60镁合金铸态组织的影响,并取得了以下研究结果:①添加0.5~2.0wt%Ce到AZ31镁合金中不但可形成Al11Ce3相,还可使合金中β- Mg17Al12相的数量减少,并使β-Mg17Al12相的形貌从最初的连续网状向断续状和/或和颗粒状转变。此外,添加0.5~2.0wt%Ce不但不能细化AZ31镁合金的晶粒,还使合金的晶粒变得粗大。在本文的实验条件下,Ce加入量、熔体保温温度或熔体保温时间增加可以微小减弱Ce对AZ31镁合金晶粒的粗化作用。②添加0.5~2.0wt%Ce到AZ91镁合金中不但可形成Al11Ce3相,还可使合金中β-Mg17Al12相的数量减少,并使β-Mg17Al12相的形貌从最初的连续网状向断续状和/或和颗粒状转变。此外,添加0.5~2.0wt%Ce总体上也不能细化AZ91镁合金的晶粒,相反,还使合金的晶粒变得粗大,尤其在添加2.0wt%Ce时。在本文的实验条件下,熔体保温温度和熔体保温时间增加或减少均可减弱Ce对AZ91镁合金晶粒的粗化作用。③添加0.5~1.5wt%Ce到ZK60镁合金中不但可形成Mg12Ce相,还可使合金中含Zn第二相的形貌从最初的不连续点状向连续的条状和大块状转变。此外,添加0.5~1.5wt%Ce也不能细化ZK60镁合金的晶粒,相反,还使合金的晶粒变得粗大,并且这种粗化作用还随着Ce加入量的增加变得更加明显。在本文的试验条件下,熔体保温时间变化并不能明显弱化Ce对ZK60镁合金组织的粗化作用。然而,较低和较高的熔体保温温度可以显著弱化Ce对ZK60镁合金组织的粗化作用,甚至可以使Ce变质ZK60镁合金的组织细化。
【图文】：

比刚度,比强度,典型结构,储量

图 1.1 几种典型结构材料的比强度和比刚度对比[3]Fig.1.1 Specific Strength and Specific Stiffness of Various Structure Materials世界镁矿资源极其丰富，镁在地壳表层储量居第8位占1.9%（质量比），而我国的镁储量占世界第一。镁在自然界中以化合态存在，镁矿石主要包括菱镁矿和白云石。我国已探明的菱镁矿资源总量为31.45亿吨，占世界储量的22.5%，工业储量为27亿吨；白云石40亿吨；蛇纹石30亿吨。另外，盐湖和海水中也含有大量的镁。青海柴达木盆地的33个盐湖镁盐储量为47.5亿吨，而且储存形式为非常有利于开采的高纯度氯化镁。每千克海水中约含3.8g氯化镁，1.7克硫酸镁，因而海水中含镁约为2100亿吨[8]。据专家估计，镁资源的开采年限可达1000年，在资源紧张的时代，镁有巨大开发潜力，然而镁资源的开发与利用远不及钢铁、铜、铝等金属材料，其规模仅为铝工业的1/50，钢铁工业的1/60。目前，80%的镁合金铸件用于生产飞机和汽车零部件，而90%是常温使用的壳体和不重要的零件[9]。镁合金的成形工艺方法主要是铸造，其铸件力学性能差，制约了镁合金的应用。提高镁合金

示意图,合金化设计,成分,试样

Alloy Al Zn Zr Mn Ce MgAZ31 3.0 1.0 㭎 0.25 㭎 balAZ31+0.5％Ce 3.0 1.0 㭎 0.25 0.5 balAZ31+1.0％Ce 3.0 1.0 㭎 0.25 1.0 balAZ31+1.5％Ce 3.0 1.0 㭎 0.25 1.5 balAZ31+2.0％Ce 3.0 1.0 㭎 0.25 2.0 balAZ91 9.0 1.0 㭎 0.25 㭎 balAZ91+0.5％Ce 9.0 1.0 㭎 0.25 0.5 balAZ91+1.0％Ce 9.0 1.0 㭎 0.25 1.0 balAZ91+1.5％Ce 9.0 1.0 㭎 0.25 1.5 balAZ91+2.0％Ce 9.0 1.0 㭎 0.25 2.0 balZK60 㭎 6.0 0.45 㭎㭎 balZK60+0.5％Ce 㭎 6.0 0.45 㭎 0.5 balZK60+1.0％Ce 㭎 6.0 0.45 㭎 1.0 balZK60+1.5％Ce 㭎 6.0 0.45 㭎 1.5 bal表 2.1 合金化设计成分（wt％）Table 2.1 Chemical composition of alloys +xCe(wt％)
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG146.22

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