Sm對(duì)AZ61合金顯微組織的影響

  鎂合金是當(dāng)前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有優(yōu)異的比剛度和比強(qiáng)度、良好的尺寸穩(wěn)定性、較高的電磁屏蔽性及優(yōu)異的切削加工性等優(yōu)點(diǎn),在航空業(yè)和汽車、摩托車工業(yè)的應(yīng)用逐漸增多。當(dāng)前世界約70%以上的鎂合金零件應(yīng)用于汽車工業(yè),汽車本身自重如減少100kg,則汽車運(yùn)行100km行程大約節(jié)油0.5L左右,而每節(jié)油1L就可減少CO2排放量2.5g,合計(jì)年CO2排放量大約減少30%以上,可見鎂合金的研究開發(fā)對(duì)于改善環(huán)境和節(jié)約能源有重要影響。研究認(rèn)為,稀土可以凈化鎂合金熔體,改善合金的鑄造性能,細(xì)化合金顯微組織,提高其抗氧化性能。相比其他稀土元素,稀土Sm具有特殊的斜方結(jié)構(gòu),它在鎂中的固溶度可達(dá)5.7wt%,目前含Sm的Mg-Al系合金相關(guān)研究文獻(xiàn)很少。另外,AZ61合金既有較高的力學(xué)性能,又有優(yōu)良的鑄造性能?;谏鲜鲈颍疚难芯苛讼⊥罶m對(duì)AZ61合金顯微組織的影響。

  實(shí)驗(yàn)用原材料為鎂錠(純度99.95wt%)、鋁錠(純度99.98wt%)、鋅(分析純)、鎂-釤中間合金,所有原料熔煉前均要進(jìn)行干燥處理。合金的化學(xué)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%):6Al,1Zn,余量為Mg。Sm的含量分別為0,0.5,1,1.5,2。在電磁感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行合金熔煉,熔煉時(shí)采用SF60.2%(體積分?jǐn)?shù))+CO2對(duì)合金熔體進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)熔體溫度達(dá)到690℃時(shí),將合金液澆注到預(yù)熱250℃的金屬模具中。用MgO粉覆蓋金屬試樣,放置在箱式爐中進(jìn)行固溶(420℃×20h)、時(shí)效(200℃×10h)處理。

  在AZ61合金中添加0.5%~2.0%Sm稀土,合金的鑄態(tài)和時(shí)效態(tài)顯微組織得到明顯細(xì)化。在研究范圍內(nèi),加入合金Sm后,合金內(nèi)形成了彌散分布的高熔點(diǎn)Al2Sm化合物相,Mg17Al12數(shù)量明顯減少;錯(cuò)配度計(jì)算及TEM觀察表明,Al2Sm可以作為α-Mg的有效形核核心,這是Sm加入后可以顯著細(xì)化AZ61合金組織的一個(gè)重要原因。