微量Er对Mg-Nd-Zn-Zr合金显微组织与力学性能的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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镁合金是结构材料中最轻的金属，具有密度小、比强度和比刚度高、尺寸稳定等特点。同时具有导热性、导电性好，阻尼减震和电磁屏蔽性能好等优点，在汽车、电子、家电、通信及航空航天等领域的应用日益增多。但是镁的化学活性强，在熔融状态下遇氧极易燃烧，爆炸。即使在200℃下，镁合金也极易氧化，抗拉强度很低，这在很大程度上限制了镁合金的应用。添加重稀土元素可提高镁合金的抗蠕变性和力学性能。通过Mg-Er相图知，稀土Er在镁合金中的最大固溶度为6.9at%，而且Er还具有良好的除Fe效果。适量的稀土Er还具有阻燃和净化镁合金液体的作用，能够有效去除夹杂，显著地提高了合金的力学性能。研究发现，Mg-Nd-Zn-Zr镁合金具有良好的室温和高温力学性能。本文以最优成分的Mg-Nd-Zn-Zr合金为基础，探讨Er在Mg-Nd-Zn-Zr合金中的作用、分布及存在形式，为提高Mg-Nd-Zn-Zr合金的性能提供参考。
名义成分为Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr(1#)和Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.5Er(2#)的合金在坩埚式电阻炉中进行熔炼，所用的炉料为Mg锭(纯度为99.9wt%)，Mg-Zr中间合金(30wt%Zr)，Mg-Nd中间合金(30wt%Nd)，Mg-Er中间合金(30wt%Er)和Zn锭(纯度为99.9wt%)。合金的浇注温度为(740±5)℃，采用金属型模具浇注，模具的预热温度为(200±5)℃，整个过程在SF6、CO2和空气的混合气体的保护下进行。合金的实际成分通过直读型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测得为Mg-3.02Nd-0.21Zn-0.34Zr(1#)和Mg-3.25Nd-0.24Zn-0.41Zr-0.54Er(2#)。铸锭的固溶处理工艺为520℃×4h后热水(约70℃)淬火。时效处理在200℃的油浴炉中进行，时效过程采用维氏硬度计记录合金硬度的变化，加载砝码3kg，加载时间30s。
Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金铸态时由α-Mg基体与分布在晶界的Mg12Nd相组成，元素Er主要以白色小颗粒形貌分布在晶间，小部分Er溶入Mg12Nd化合物中。随着Er的加入，Mg-Nd-Zn-Zr合金达到峰值时效的时间更短，时效强化效果更好。峰值时效后Mg-Nd-Zn-Zr-Er镁合金有大量细小的第二相析出，第二相均匀地分布在晶内，数量比不含Er的合金中析出的相要多。Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金具有优良的室温力学性能，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为283.4、170.2MPa和4%。随着Er的加入，抗拉强度和屈服强度升高，伸长率几乎不变。
名义成分为Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr(1#)和Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr-0.5Er(2#)的合金在坩埚式电阻炉中进行熔炼，所用的炉料为Mg锭(纯度为99.9wt%)，Mg-Zr中间合金(30wt%Zr)，Mg-Nd中间合金(30wt%Nd)，Mg-Er中间合金(30wt%Er)和Zn锭(纯度为99.9wt%)。合金的浇注温度为(740±5)℃，采用金属型模具浇注，模具的预热温度为(200±5)℃，整个过程在SF6、CO2和空气的混合气体的保护下进行。合金的实际成分通过直读型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)测得为Mg-3.02Nd-0.21Zn-0.34Zr(1#)和Mg-3.25Nd-0.24Zn-0.41Zr-0.54Er(2#)。铸锭的固溶处理工艺为520℃×4h后热水(约70℃)淬火。时效处理在200℃的油浴炉中进行，时效过程采用维氏硬度计记录合金硬度的变化，加载砝码3kg，加载时间30s。
Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金铸态时由α-Mg基体与分布在晶界的Mg12Nd相组成，元素Er主要以白色小颗粒形貌分布在晶间，小部分Er溶入Mg12Nd化合物中。随着Er的加入，Mg-Nd-Zn-Zr合金达到峰值时效的时间更短，时效强化效果更好。峰值时效后Mg-Nd-Zn-Zr-Er镁合金有大量细小的第二相析出，第二相均匀地分布在晶内，数量比不含Er的合金中析出的相要多。Mg-Nd-Zn-Zr-Er合金具有优良的室温力学性能，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为283.4、170.2MPa和4%。随着Er的加入，抗拉强度和屈服强度升高，伸长率几乎不变。