简介概要

Nd在挤压态AZ31镁合金中的行为及作用

来源期刊:中国有色金属学报2010年第6期

论文作者:李明照 王帅 王跃琪 李琮 许并社

文章页码:1039 - 1045

关键词:镁合金;AZ31合金;挤压;微观组织;力学性能

Key words:magnesium alloy; AZ31 alloys; extrusion; microstructure; mechanical properties

摘    要:通过金相显微镜、SEM和XRD观察研究挤压态 AZ31-xNd镁合金的微观组织和析出相,并测试合金的室温和高温力学性能。结果表明:Nd 在合金中以Al2Nd和Mg12Nd化合物形式存在,且随着Nd量的增加,其数量增加;Nd使合金的晶粒细化、室温和高温性能提高。加入0.6% Nd 的合金晶粒尺寸由未加 Nd时的26 μm降至约10 μm,加入0.6% Nd合金的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为 325 MPa、247 MPa和18.1%。含Nd合金的抗拉强度和屈服强度随温度升高而下降,而伸长率随温度的升高而增加。

Abstract: The microstructures and precipitated phases of as-extruded AZ31 magnesium alloy were studied by OM, SEM and XRD. The mechanical properties of the alloys at room temperature and high temperature were also tested. The results show that the addition of Nd results in the formation of Al2Nd and Mg12Ng phases in the matrix and the grain refinement in AZ31 alloy, and the amounts of Al2Nd and Mg12Nd phases increase with the increase of Nd addition. The mechanical properties at room temperature and high temperature are improved significantly due to the precipitation of second phases and grain refinement. The average grain size of alloy changes from 26 μm without Nd to 10 μm when added 0.6% Nd. The tensile strength, yield strength and elongation of as-extruded AZ31 alloy with 0.6% Nd are 325 MPa, 247 MPa and 18.1% at room temperature. The tensile strength and yield strength of alloy with Nd decrease, but the elongation increases with increasing temperature.

基金信息:山西省重点实验室开放基金资助项目
山西省回国留学人员科研资助项目



详情信息展示

文章编号:1004-0609(2010)06-1039-07

Nd在挤压态AZ31镁合金中的行为及作用

李明照1, 2,王  帅1, 2,王跃琪1, 2,李  琮1, 2,许并社1, 2

 (1. 太原理工大学 材料科学与工程学院,太原 030024;

2. 太原理工大学 教育部新材料界面与工程重点实验室,太原 030024)

摘  要:通过金相显微镜、SEM和XRD观察研究挤压态 AZ31-xNd镁合金的微观组织和析出相,并测试合金的室温和高温力学性能。结果表明:Nd 在合金中以Al2Nd和Mg12Nd化合物形式存在,且随着Nd量的增加,其数量增加;Nd使合金的晶粒细化、室温和高温性能提高。加入0.6% Nd 的合金晶粒尺寸由未加 Nd时的26 μm降至约10 μm,加入0.6% Nd合金的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为 325 MPa、247 MPa和18.1%。含Nd合金的抗拉强度和屈服强度随温度升高而下降,而伸长率随温度的升高而增加。

关键词:镁合金;AZ31合金;挤压;微观组织;力学性能

中图分类号:TG146.2       文献标志码:A

Behavior and effect of Nd in as-extruded AZ31 magnesium alloy

LI Ming-zhao1, 2, WANG Shuai1, 2, WANG Yue-qi1, 2, LI Cong1, 2, XU Bing-she1, 2

(1. College of Materials Science and Engineering,Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China;

2. Key Laboratory of Interface Science and Engineering in Advanced Materials, Ministry of Education,

Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

Abstract: The microstructures and precipitated phases of as-extruded AZ31 magnesium alloy were studied by OM, SEM and XRD. The mechanical properties of the alloys at room temperature and high temperature were also tested. The results show that the addition of Nd results in the formation of Al2Nd and Mg12Ng phases in the matrix and the grain refinement in AZ31 alloy, and the amounts of Al2Nd and Mg12Nd phases increase with the increase of Nd addition. The mechanical properties at room temperature and high temperature are improved significantly due to the precipitation of second phases and grain refinement. The average grain size of alloy changes from 26 μm without Nd to 10 μm when added 0.6% Nd. The tensile strength, yield strength and elongation of as-extruded AZ31 alloy with 0.6% Nd are 325 MPa, 247 MPa and 18.1% at room temperature. The tensile strength and yield strength of alloy with Nd decrease, but the elongation increases with increasing temperature.

Key words: magnesium alloy; AZ31 alloys; extrusion; microstructure; mechanical properties                

 

变形镁合金的塑性变形主要有挤压、模锻和轧制。其中,挤压是最基本的方法,它既可获得作为进一步加工零件的挤压材,也可直接将铸棒成形为零件或复杂的型材。AZ31 变形镁合金具有良好的强度和延展性,可挤压成棒材、管材、型材,轧制成薄板、厚板,加工成锻件,是一种重要的商用镁合金。然而,由于力学性能较低,很大程度上限制了其广泛应用[1-2],改善AZ31合金的性能已成为镁合金的一项重要研究课题。目前,优化加工工艺参数、合理设计加工工艺流程、生产加工配套工具及新的加工方法都被用来改善AZ31 镁合金的性能[3-4]。也有研究了不同挤压条件下挤压AZ31B镁合金棒材[5-6],发现挤压条件对合金抗拉强度和伸长率有较大影响。XING等[7-9]研究了镁合金的加工热处理工艺,并通过降温多向锻造来生成超细晶组织,获得了优异的塑性加工能力和力学性能。

微量元素合金化和复合合金化手段对材料改性的研究主要集中在合金的铸态组织和性能方面,关于合金元素对变形组织和性能作用的研究鲜见报道[10]。为此,本研究选用Nd作为合金元素制备AZ31-xNd镁合金,研究Nd在挤压态合金中的存在形态及变形过程中二次相的析出机理,分析二次相对合金组织和性能的影响规律,探讨合金室温和高温下的强化机制,获得提高AZ31合金性能的新途径,为进一步开发高性能的变形镁合金提供理论依据和实验数据。

1  实验

实验原材料采用纯镁、纯铝、纯锌和 Mg-20Nd 中间合金。实验分 5 组进行,Nd 的加入量分别为0、0.3%、0.6%、0.9%和1.2%,各组实验步骤和工艺参数等均相同,所形成的合金相应分别为合金1、2、3、4和5(见表1)。镁合金熔炼在真空电阻炉内进行,整个熔炼及浇注过程均在充以 Ar的密闭空间里进行。熔炼得到的d 30 mm×200 mm铸棒在170 ℃下经过10 h均匀化处理后铣面;然后,在带有空气强制循环的电炉里加热,以保证炉温均匀,炉内温差不超过  ±5 ℃,保温0.5 h。模具在箱式电炉内加热到与坯料相同的温度,实现等温成形。

表1  AZ31-xNd 合金的化学成分

Table 1  Compositions of AZ31-xNd alloys

从镁合金相图[8]可知,AZ31镁合金的熔化温度为603 ℃,从230 ℃开始,合金中有第二相析出,但在 400 ℃以上时,易产生腐蚀氧化。此外,当镁合金加热到200 ℃以上时,第一类和第二类角锥面启动。因此,本研究选 300 ℃为挤压温度,此温度下的挤压试样为研究对象。挤压设备为6 300 kN油压机,挤压速度为16 mm/s,挤压比为20。

在挤压棒的不同部位切取试样,用等离子体光谱仪(ICP)分析微量元素的含量,合金的成分见表1。用金相显微镜和扫描电镜观察其显微组织;用 X 射线衍射仪进行物相检测;室温拉伸试验在 WDW-100 kN 拉伸机上进行,高温拉伸试验在AG-l0TA型电子万能试验机上进行,拉伸试样根据金属材料拉伸试验方法标准制备,如图1所示。

图1  拉伸试样形状示意图

Fig.1  Schematic diagram of shape of tensile specimens used in this test (mm)

2  结果与分析

2.1  挤压态组织

有色金属在线官网  |   会议  |   在线投稿  |   购买纸书  |   科技图书馆

中南大学出版社 主办 版权声明   电话:0731-88830515 88830516   传真:0731-88710482   Email:administrator@cnnmol.com

互联网出版许可证:新出网证(湘)字005号   湘ICP备09001153号