合金元素及凝固速度对AM60镁合金组织和性能影响

摘要

各种商用铸造镁合金力学性能普遍较低，这在很大程度上限制了镁合金的推广应用。改变这种状况的方法通常是通过细化合金晶粒，提高其强度和韧性。添加合金元素或提高冷却速度均可达到此目的。不同凝固速度下合金元素特别是稀土元素对镁合金有不同影响，目前该影响规律还没有较系统研究。AM60镁合金作为低成本、应用最广泛的商用镁合金之一，有必要对其进行相应研究，以得到合金元素和凝固速度对AM60镁合金的影响规律，为优化高性能铸造镁合金成分工艺奠定基础。本文采用X射线衍射仪、金相分析、扫描电子显微镜及能谱分析、差热分析、拉伸性能测试等方法，研究了AM60合金中添加稀土元素铈（Ce）、钕（Nd）及碱土元素锶（Sr），在三种不同冷却速度（空冷、模冷、水冷）下合金的铸态组织和力学性能。
　　本研究主要内容包括：①三种不同冷却速度下，添加0.5wt.％Ce的AM60合金中，β-Mg17Al12相数量减少且尺寸细小，出现新的针状相Al11Ce3，Al-Mn相变为Al10Ce2Mn7。随着冷却速度的增加，AM60-0.5Ce合金二次枝晶臂间距减小，第二相弥散细小分布，β相数量减少，针状相Al11Ce3数量增多。与AM60合金相比，AM60-0.5Ce合金模冷条件下力学性能更高，但空冷和水冷条件下其力学性能低于AM60合金。②三种不同冷却速度下，添加0.9wt.%Nd的AM60合金中，β-Mg17Al12相数量减少且尺寸细小，出现新的棒状相Al3Nd和针状相Al11Nd3。随着冷却速度的增加，AM60-0.9Nd合金二次枝晶臂间距减小，第二相弥散细小分布且β相和Al3Nd相数量减少，Al11Nd3相数量增多。与AM60合金相比，AM60-0.9Nd合金模冷条件下力学性能更高，但空冷和水冷条件下其力学性能低于AM60合金。③三种不同冷却速度下，添加0.3wt.%Sr的AM60合金中，β-Mg17Al12相数量减少且尺寸细小，出现新相Al4Sr、Mg58Al38Sr4。随着冷却速度的增加，AM60-0.3Sr合金二次枝晶臂间距减小，第二相弥散细小分布且β相和Mg58Al38Sr4相数量减少，Al4Sr相数量增多。与AM60合金相比，AM60-0.3Sr合金空冷和模冷条件下力学性能更高，但水冷条件下其力学性能低于AM60合金。④三种不同冷却速度下，复合添加0.5wt.%Ce和0.9wt.%Nd的AM60合金中，β-Mg17Al12相数量减少且尺寸细小，出现新的棒状相Al3RE、针状相Al11RE3，Al-Mn相变为Al10RE2Mn7。随着冷却速度的增加，AM60-0.5Ce-0.9Nd合金二次枝晶臂间距减小，第二相弥散细小分布，β相数量显著减少，针状相Al11RE3数量增多且易于团簇。与AM60合金相比，AM60-0.5Ce-0.9Nd合金模冷条件下力学性能更高，但空冷和水冷条件下其力学性能低于AM60合金。⑤三种不同冷却速度下，复合添加0.5wt.%Ce和0.3wt.%Sr的AM60合金中，β-Mg17Al12相数量减少且尺寸细小，出现新的棒状相Al4Sr、针状相Al11Ce3。随着冷却速度的增加，AM60-0.5Ce-0.3Sr合金二次枝晶臂间距减小，第二相弥散细小分布，β相数量减少，Al4Sr相数量增加，针状相Al11Ce3数量无明显变化。与AM60合金相比，AM60-0.5Ce-0.3Sr合金模冷条件下力学性能更高，但空冷和水冷条件下其力学性能低于AM60合金。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 镁合金概述

1.2 镁合金晶粒细化技术

1.2.1 细晶强化概述

1.2.2 镁合金晶粒细化机理

1.2.3 镁合金晶粒细化技术

1.3 AM60镁合金研究及应用

1.3.1 AM60镁合金研究现状

1.3.2 AM60镁合金应用现状

1.4 本文的研究目的和内容

1.4.1 研究目的及意义

1.4.2 研究内容

1.4.3 技术路线

2 实验材料及方法

2.1 实验合金成分设计

2.2 实验合金制备

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验熔炼工艺

2.2.3 不同凝固速度合金制备

2.3 分析测试方法

2.3.1 物相分析（XRD）

2.3.2 金相组织观察（OM）

2.3.3 扫描电镜观察（SEM）及能谱分析（EDS）

2.3.4 差热分析（DSC）

2.3.5 力学性能测试

3 单一添加合金元素及凝固速度对AM60合金组织与性能研

3.1 稀土元素Ce及凝固速度对AM60合金组织与性能研究

3.1.1 稀土元素Ce对AM60合金组织与性能研究

3.1.2 凝固速度对AM60-0.5Ce合金组织与性能研究

3.1.3 不同凝固速度下AM60-0.5Ce合金与AM60合金比较

3.2 稀土元素Nd及凝固速度对AM60合金组织与性能研究

3.2.1 稀土元素Nd对AM60合金组织与性能研究

3.2.2 凝固速度对AM60-0.9Nd合金组织与性能研究

3.2.3 不同凝固速度下AM60-0.9Nd合金与AM60合金比较

3.3 碱土元素Sr及凝固速度对AM60合金组织与性能研究

3.3.1 碱土元素Sr对AM60合金组织与性能研究

3.3.2 凝固速度对AM60-0.3Sr合金组织与性能研究

3.3.3 不同凝固速度下AM60-0.3Sr合金与AM60合金比较

4 复合添加合金元素及凝固速度对AM60合金组织与性能研

4.1 复合添加Ce、Nd及凝固速度对AM60合金组织与性能研究

4.1.1 复合添加Ce与Nd对AM60合金组织与性能研究

4.1.2 凝固速度对AM60-0.5Ce-0.9Nd合金组织与性能研究

4.1.3 不同凝固速度下AM60-0.5Ce-0.9Nd合金与AM60合金比较

4.2 复合添加Ce、Sr及凝固速度对AM60合金组织与性能研究

4.2.1 复合添加Ce与Sr对AM60合金组织与性能研究

4.2.2 凝固速度对AM60-0.5Ce-0.3Sr合金组织与性能研究

4.2.3 不同凝固速度下AM60-0.5Ce-0.3Sr合金与AM60合金比较

5 结 论

致谢

参考文献