Mg-Nd-Zn-Zr合金成分優(yōu)化及性能研究.pdf

1、鎂材料的宏觀性能與其顯微組織緊密相關,因此根據(jù)合金化原理,可以針對需要,采用細化晶粒、添加微合金化元素和熱處理工藝等手段達到調(diào)整鎂合金組織、改善和提高合金性能的目的。所以,明確各種元素在鎂中產(chǎn)生的作用,對開發(fā)與設計新合金、提高鎂合金性能非常重要。國外學者對稀土鎂合金進行了較多的研究,認為合金的時效析出物對鎂合金的高強度化、高耐熱化起著重大作用,可以進一步提高鎂合金的力學性能,并試圖通過控制合金成分、組織和制造方法等手段開發(fā)出性能優(yōu)異的鎂

2、合金。稀土元素Nd在鎂中的最大固溶度為3.6wt.％,而且在200℃時的固溶度幾乎為零(0.08wt.%),Mg-Nd兩元合金即具有明顯的時效強化效果,因此以Mg-Nd系合金為基礎有望開發(fā)出高強度鎂稀土合金。
　　 本報告主要以上海交通大學付彭懷等人開發(fā)設計的Mg-3.0Nd-0.2Zn-Zr鑄造合金(Zr元素作為晶粒細化劑)為研究基礎,針對目前作為汽車輪轂所使用的Mg-3Nd-0.2Zn(NZ30K)合金的高成本現(xiàn)狀,以Mg-

3、3Nd-0.2Zn合金為基準,在保持滿足汽車輪轂性能的條件下調(diào)整Nd,Zn元素的含量,獲得得到最優(yōu)的熱處理工藝及設計出最佳的合金成分。以期開發(fā)出適用于輕量化汽車輪轂的合金材料而進行了初步的研究。
　　 通過提高Mg-3.0Nd-0.2Zn-Zr合金中Zn含量,降低Nd含量,熔煉配置了Mg-yNd-xZn-1Zr(wt.%)(y=1,2:x=1,2,4)一系列合金。采用電感耦合等離子直讀光譜儀(ICP)、光學顯微鏡(OM)、X射線

4、衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等分析手段,通過硬度、室溫拉伸試驗研究了Mg-yNd-xZn-1Zr(wt.%)(y=1,2:x=1,2,4)一系列合金顯微在組織及力學性能,并得到了優(yōu)化的合金化學成分配比。本報告重點研究了Mg-yNd-xZn-1Zr鑄態(tài)下合金中顯微組織的變化;通過固溶,時效等工藝的實驗,獲得了該合金系的最優(yōu)熱處理工藝;分析研究了優(yōu)化后鑄造合金典型固溶態(tài),時效態(tài)下的析出相、力學行為和強

5、化機制,以及不同狀態(tài)下合金顯微組織對室溫力學行為的影響。研究結果表明:當Nd=2,Zn=1wt%時,即Mg一2Nd-1Zn-Zr合金在固溶處理態(tài)和200℃峰值時效態(tài)下均具有良好的室溫強度和延伸率配比,綜合性能比較優(yōu)良。200℃峰值時效的Mg-2Nd-1Zn-1Zr合金在6種合金中表現(xiàn)出了最好的綜合力學性能,其室溫下的屈服強度-抗拉強度-延伸率分別是134MPa-248MPa-10%,其均高于美國通用汽車鋁合金或鎂合金輪轂所需要達到的性能