PDF《Y 对ZA84 镁合金显微组织和力学性能的影响》

40 50

60 70

80 2θ/(?) (b)

20 30

40 50

60 70

80 2θ/(?) ψ (c) 2θ/(?) Intensity/cps

500 400

300 200

100 0

20 30

40 70

80 α-Mg τ-Mg32(Al,Zn)49 φ-Al2Mg5Zn2

50 60 (a) http://www.paper.edu.cn -4- 中国科技论文在线 图4ZA84 镁合金在不同 Y 含量下的布氏硬度 Fig.4 Macro-hardness of ZA84 magnesium alloy with different amounts of Y 3.2 力学性能 Y对铸态 ZA84 镁合金布氏硬度的影响如图4所示.由图可知,该合金的布氏硬度值随 钇含量增加,呈线性上升趋势.未加入Y时ZA84镁合金的布氏硬度值为58.6HB,当钇含量 0.5% 时,硬度值急速上升到63.9HB,后随钇含量的增加,合金的硬度值平缓上升,当含量 为1.0% 时,硬度值上升至试验最大值 66.2HB,而当Y含量上升至1.5%时,合金的硬度值 反而下降到64HB.试验结果表明,在ZA84 镁合金中引入合金元素钇,可以适当提高合金 的硬度,且该硬度值的改善方式与Y元素的存在形式有关. 表3试验合金的铸态拉伸性能 Table

2 Tensile properties of the as-cast experimental alloys 拉伸性能室温150℃ 试验合金 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa ZA84

179 120

159 117 ZA84+0.5Y

206 149

182 145 ZA84+1.0Y

191 153

163 125 ZA84+1.5Y

187 133

175 133 AZ91

220 151

150 104 由表3可知:ZA84镁合金的力学性能普遍较低,适量稀土钇元素的加入,有效提高了合 金的力学性能. 随钇含量的增加, 铸态合金的室温抗拉强度先升高后降低, 且当Y含量为0.5% 时达最大值206MPa;

而高温抗拉强度则呈现锯齿形变化规律,即当Y为0.5%时,抗拉强度 达最大值182MPa,后降低至Y含量为1.0%时的163MPa,但是,当Y含量达1.5%时,其抗拉 强度反而升高.

4 讨论与分析 本试验选用属于Mg-Zn-Al系的ZA84镁合金作基体合金. Mg-Zn-Al系合金不同于AZ系列 镁合金,Zn的含量对Mg-Zn-Al系合金组织的影响远超过AZ系列.与Mg相比,Zn和Al的原 子半径更为接近,在固溶体和化合物中更容易取代Al原子形成Mg32(Al,Zn)49化合物.这就是 0.5 0.0

58 60

62 64

66 HB Y/% 1.0 1.5 http://www.paper.edu.cn -5- 中国科技论文在线 ZA系列合金中未出现AZ系列合金中常出现的β-Mg17Al12相的原因.τ相和φ相在凝固过程中 以离异共晶的形式析出,沿晶界分布.由试验结果可知,加入少量的Y(0.5%)后,合金的 显微组织明显细化,并且τ相的数目增多,φ相数目明显减少.这是因为稀土有增大过冷的倾 向,促进了离异共晶τ相的生成.连续网状的τ相破裂,或转变为颗粒状的原因是添加了稀土 Y后,稀土元素首先在晶界处富集,从而抑制了τ相的长大.通过图2对试验合金进行的XRD 分析可知, 加入0.5%Y时, 其基体α-Mg峰值的偏转角发生了很大的变化, 且未出现含稀土相, 说明了少量稀土元素的加入, 以固溶的形式存在于合金中, 从而在很大程度上导致晶体晶格 发生畸变.而后随Y含量的增多,合金的组织又逐渐粗化,并产生了许多新的块状稀土相, 其数目随Y添加量的增大而增多.稀土Y在ZA84合金中并没有像其在AZ系列合金中只形成 AlxY化合物,而是形成了Mg-Al-Zn-Y化合物.这是因为元素间形成化合物的难度是由它们 的电负性差值来判断的[9] .由于Zn和Y的电负性差值比Al和Y的电负性差值相差不大(Mg的 电负性值为1.31,Al为1.61,Zn为1.65,Y为1.22),所以在ZA84合金中易形成的稀土相为 Mg50Al10Zn3Y37. 硬度试验的结果表明试验合金的硬度值随Y含量的增加先升高后降低,且Y含量达到 1.0%时达到最大值.这是因为Y添加量小于0.5%时,主要是以固溶形式存在.而当其含量继 续增加,只有一部分的Y以固溶形式存在.其余的Y通过富集的方式,参与稀土强化相的形 成,此时硬度值继续增大.但在Y含量超过1.0%后,硬度值反而开始下降,说明以固溶形式 存在的Y比稀土强化相对合金硬度的强化效果更好. 稀土元素在镁合金中主要起固溶强化和细晶强化作用[10] .固溶强化:大部分稀土元素 在镁中具有较高的固溶度, 稀土原子溶入镁基体中, 增强原子间的结合力, 使基体产生晶格 畸变;