混合稀土及熱處理對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響

劉蘇 楊立樂(lè) 孫千惠

摘? 要：隨著航天產(chǎn)品對(duì)環(huán)保及輕質(zhì)化的要求越來(lái)越高，新型材料不斷涌出，鎂合金材料具有比重輕、電磁屏蔽能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其力學(xué)性能未能達(dá)到航天產(chǎn)品的使用需求，以鎂合金材料為代表設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)方案和思路對(duì)不同混合稀土比例和熱處理后對(duì)鎂合金樣品力學(xué)性能和組織的影響。經(jīng)檢測(cè)可知，當(dāng)混合稀土比例為1.6%時(shí)所得鎂合金的力學(xué)性能和均勻性最佳，而且采用固溶處理和失效處理工藝進(jìn)行熱處理能夠明顯提升鎂合金的力學(xué)性能和內(nèi)部組織的均勻性。

關(guān)鍵詞：鎂合金，力學(xué)性能，內(nèi)部組織，熱處理，混合稀土

引言

各種新型能源材料不斷涌現(xiàn)出來(lái)，逐漸成為航天領(lǐng)域的主力軍。鎂合金作為新型能源材料的一種，其在能源材料中具有十分重要的地位，且其應(yīng)用前景也非常可觀。目前，鎂合金被廣泛應(yīng)用于汽車制造行業(yè)、電子工業(yè)、醫(yī)藥化工等領(lǐng)域。但是，由于鎂源于的活性較高，導(dǎo)致鎂合金雖然能夠解決減重的問(wèn)題，但是其力學(xué)性能、環(huán)境適應(yīng)性以及耐腐蝕性能還需進(jìn)一步提升，以保證其能夠應(yīng)用于更加嚴(yán)苛的環(huán)境和更廣的領(lǐng)域[1]。本文將著重研究混合稀土和熱處理工藝對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)總體思路

對(duì)當(dāng)前可能影響鎂合金力學(xué)性能的稀土元素進(jìn)行調(diào)研，并將不等量的稀土元素加入制備鎂合金的原料中。對(duì)制備所得的鎂合金樣品采用超聲波熔融處理，并基于電子顯微鏡、掃描電競(jìng)等觀察設(shè)備對(duì)鎂合金樣品的化學(xué)成分、金相組織以及其在常溫和高溫下的抗拉強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，最終得出不同比例的稀土元素對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響機(jī)理[2]。

對(duì)上述所得鎂合金樣品采用不同的熱處理工藝（固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化）后，對(duì)比熱處理后鎂合金的性能，最終得出不同熱處理工藝對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響機(jī)理。

1.2 鎂合金樣品的制備

以AM60B鎂合金為原料，期間將氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)的保護(hù)氣體，將鎂合金原料通過(guò)電阻爐加熱至720℃，待完全熔煉后加入一定比例稀土元素，并在機(jī)械攪拌的作用下將鎂合金原料和稀土元素進(jìn)行充分混合。保溫10min后，通過(guò)壓鑄機(jī)將上述混合物壓鑄成棒狀樣品，樣品的尺寸及形狀如圖1所示：

如圖1所示制備所得的鎂合金中稀土元素的添加范圍為0-2.5%。為了避免鎂合金在制備過(guò)程中由于熔煉和壓鑄等工藝導(dǎo)致鎂合金樣品中的組織不均勻，將上述鎂合金樣品采用固溶處理和人工時(shí)效的工藝進(jìn)行熱處理[3]。

1.3 測(cè)試設(shè)備

本文著重對(duì)鎂合金的力學(xué)性能及其微觀組織進(jìn)行檢驗(yàn)，涉及到的測(cè)試設(shè)備如表1所示：

2 混合稀土對(duì)鎂合金組織及力學(xué)性能的影響

2.1 混合稀土對(duì)鎂合金組織的影響

采用光學(xué)顯微鏡、能譜儀以及掃描電鏡等設(shè)備對(duì)未加入混合稀土和加入不同比例混合稀土鎂合金的顯微組織進(jìn)行觀察，得出如下結(jié)論：

（1）當(dāng)加入混合稀土的比例為1.6%時(shí)，所得鎂合金的顯微組織結(jié)構(gòu)最為均勻，且所得樣品的得到細(xì)化，

（2）當(dāng)加入混合稀土的比例為1.9%時(shí)，所得鎂合金樣品的晶粒雖然小，但是其內(nèi)部混合稀土出現(xiàn)偏聚粗化的現(xiàn)象，并有一些網(wǎng)狀化合物析出，

（3）當(dāng)加入混合稀土的比例大于2%時(shí)，所得鎂合金樣品被分割為多個(gè)不規(guī)則的區(qū)域，并析出大面積的稀土混合物，即鎂合金樣品的均勻性較差[4]。

2.2 混合稀土對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響

經(jīng)對(duì)不同混合稀土比例下鎂合金抗拉強(qiáng)度、延伸率以及維氏硬度進(jìn)行檢測(cè)后得出如下結(jié)論：

（1）當(dāng)混合稀土的比例為1.6%時(shí)，所得鎂合金的抗拉強(qiáng)度值最大，且最大值為249.96MPa。1.6%為鎂合金抗拉強(qiáng)度變化的一個(gè)拐點(diǎn)，當(dāng)小于1.6%時(shí)隨著比例的增加抗拉強(qiáng)度增加，當(dāng)大于1.6%時(shí)隨著比例的增加抗拉強(qiáng)度減少，

（2）同樣，對(duì)于延伸率和維氏硬度而言，當(dāng)混合稀土比例為1.6%時(shí)為其兩性能變化的拐點(diǎn)，其變化趨勢(shì)與抗拉強(qiáng)度一直。

通過(guò)檢測(cè)可知，混合稀土的比例為1.6%時(shí)，所得鎂合金樣品的力學(xué)性能最佳。

3 熱處理對(duì)鎂合金組織及力學(xué)性能的影響

3.1 熱處理對(duì)鎂合金力學(xué)性能的影響

將所得鎂合金樣品采用固溶處理和時(shí)效處理相結(jié)合的工藝進(jìn)行熱處理[5]，并對(duì)熱處理后樣件的抗拉強(qiáng)度、延伸率進(jìn)行檢測(cè)后得出如下結(jié)論：

（1）鎂合金樣件熱處理后，其抗拉強(qiáng)度的最大值同樣出現(xiàn)在混合稀土比例為1.6%時(shí)。不同的是，熱處理后鎂合金樣件的抗拉強(qiáng)度最大值為266.38MPa，與尚未熱處理的249.96MPa相比較得到明顯提升。

（2）同樣對(duì)于延伸率這一項(xiàng)考核指標(biāo)而言，熱處理后該項(xiàng)指標(biāo)的最大值同樣出現(xiàn)在混合稀土比例為1.6%時(shí)，其熱處理后該項(xiàng)指標(biāo)的最大值與未熱處理該項(xiàng)指標(biāo)的最大值上浮了30%。

3.2 熱處理對(duì)鎂合金組織的影響

經(jīng)對(duì)所得鎂合金樣件熱處理后，同比例混合稀土所得鎂合金的合金偏析現(xiàn)象得到一定的改善，固溶處理能夠?qū)⒒旌舷⊥粮泳鶆虻姆植荚阪V合金中。

4 總結(jié)

航天產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中，對(duì)環(huán)保型、輕質(zhì)化的材料愈發(fā)關(guān)注，各種新型能源材料不斷涌現(xiàn)出來(lái)，并在相應(yīng)的行業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，盡管新型能源材料能夠在很大程度上解決環(huán)境污染的問(wèn)題，但是其力學(xué)性能、環(huán)境適應(yīng)性以及耐腐蝕性等性能還尚不能夠滿足所有行業(yè)的應(yīng)用要求。因此，需在不斷研究、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)新能源材料的力學(xué)性能、環(huán)境適應(yīng)性以及耐腐蝕進(jìn)行改善，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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