AZ31+1%RE鎂合金中針狀稀土相形成研究.pdf

1、鎂合金具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高和比剛度高等優(yōu)點(diǎn)，但較低的強(qiáng)度，較差的塑性和可憐的耐腐蝕性等缺點(diǎn)限制了鎂合金的應(yīng)用。Mg-Al基鎂合金作為商業(yè)應(yīng)用最為廣泛的鎂合金，也存在以上缺點(diǎn)。雖然通過RE改善Mg-Al基鎂合金取得不錯(cuò)的效果，但普遍存在形成的稀土相為沿著晶界和跨晶界分布的粗大針狀的問題，而且這些針狀稀土相為高溫穩(wěn)定相，通過常規(guī)熱處理也無法改善其狀態(tài)。此種形態(tài)的稀土相對(duì)合金基體具有很強(qiáng)的割裂作用，在變形的過程中容易引起應(yīng)力集中，嚴(yán)重影響鎂合

2、金的加工性能，限制合金性能的提升。
　　本文以AZ31+1％RE鎂合金為研究對(duì)象，從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面分析此合金體系中稀土相的析出行為，確定針狀稀土相的形成機(jī)理。在熱力學(xué)分析中，應(yīng)用Miedema模型、活度計(jì)算模型、Toop模型和相析出的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由能變化模型，并且結(jié)合Mg-Al和Al-RE相圖研究稀土相在AZ31+1％RE鎂合金中的析出行為。在動(dòng)力學(xué)分析中，采用了改進(jìn)的自制液淬實(shí)驗(yàn)裝置，獲得合金凝固過程中不同階段的組織

3、，并采用金相(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)和X射線衍射(XRD)等分析手段對(duì)不同凝固階段的合金組織進(jìn)行分析，分析稀土相的析出長(zhǎng)大規(guī)律，確定針狀稀土相的形成機(jī)理。主要結(jié)論如下:
　　熱力學(xué)地分析表明，在此合金體系中Al、RE元素之間的結(jié)合力最強(qiáng)，Al-RE相在熱力學(xué)上存在具有必然性，而且定性地確定了Al11Ce3（Al11RE3）在AZ31+1％RE合金中析出溫度為976.81K，因此在AZ31+1％RE合金中稀土相作

4、為領(lǐng)先相優(yōu)先析出。鎂基體與Al11Ce3(Al11RE3)晶體學(xué)位向關(guān)系的計(jì)算結(jié)果表明，優(yōu)先析出的Al11Ce3(Al11RE3)并不能作為鎂基體的異質(zhì)形核核心，所以在合金組織中表現(xiàn)為主要沿晶界和跨晶界分布。稀土對(duì)合金組織的細(xì)化作用，是因?yàn)檠刂Ы绾涂缇Ы绶植嫉南⊥料嗄軌蛞种坪辖鸾M織的長(zhǎng)大。熱力學(xué)分析表明，能夠一些通過熱力學(xué)模型定性的預(yù)測(cè)合金中相組成和析出順序等，指導(dǎo)針狀稀土相球化劑的選擇。
　　通過對(duì)AZ31+1％RE鎂合金凝固

5、過程的分析得到，稀土相Al11RE3的析出分為兩個(gè)階段。首先在高溫階段，稀土相作為初生相，優(yōu)先析出，而且初生的稀土相由于生長(zhǎng)的各向異性，主要呈尺寸較小的不規(guī)則片狀。在共晶反應(yīng)區(qū)域，稀土相以Al-Al11RE3共晶反應(yīng)的形式析出，隨著溫度的降低，稀土相逐漸長(zhǎng)成針狀，因此推測(cè)針狀相的形成是共晶導(dǎo)致的。為了驗(yàn)證針狀相是由共晶導(dǎo)致的，制備了Al-RE二元合金并通過液淬實(shí)驗(yàn)分析了其凝固過程。得到鑄態(tài)Al-RE二元合金中的第二相主要是由片狀和針狀的

6、稀土相組成，液淬實(shí)驗(yàn)得到片狀的稀土相是初生相，針狀稀土相是共晶反應(yīng)形成的。這與AZ31+1％RE鎂合金凝固過程的分析結(jié)果相符，所以確定針狀稀土相是共晶反應(yīng)形成的。針狀稀土相形成原因的確定，使得后續(xù)對(duì)針狀稀土相形貌改善的工作更有針對(duì)性。
　　計(jì)算得到稀土相Jackson因子a＜2，所以稀土相固-液界面為粗糙界面，因此針狀稀土相形成的共晶反應(yīng)為粗糙界面-粗糙界面類型。對(duì)Al-RE二元合金中針狀稀土相長(zhǎng)大過程中的溶質(zhì)分配規(guī)律分析得到，針