镁科研:AZ81铸造镁合金中稀土元素Y的影响

来自: 镁轻量化研究院 收藏 邀请

意义:可以细化晶粒组织,且晶粒细化效果随着Y含量的增加而逐渐加强;屈服强度和抗拉强度随Y含量的增高出现先增加后降低的趋势,因此为了获得高强度的镁合金,可添加一定量的稀土Y。

机理:添加稀土元素Y,通过金相观察(下图),镁合金试样的微观组织主要由黑色的 α-Mg固溶体、呈灰色骨骼状的β-Mg17Al12 相和白色枝状的 Al2Y 相共同构成。从 Mg-Y 的二元相图可以知道,Mg-Y 共晶的稳定温度为 566℃,明显高于 Mg-Al 共晶的 427℃。因此,稀土元素 Y 与镁形成的化合物要比原来金相中的第二相 β-Mg17Al12 更稳定。且元素 Y 的加入可以迫使原晶粒细化, 原来的第二相 β-Mg17Al12 发生溶解形成新的更稳定的第二相,从而产生固溶强化作用。此外, Y 原子与 Al 原子形成的新相 Al2 Y 是一种弥散的高熔点的稀土化合物, 可以大大提高AZ81 镁合金的高温力学性能 。

稀土Y 元素提高铸造 AZ81 镁合金的高温力学性能是由多种因素导致的。其一,在铸造过程中, Y 原子会置换出 α-Mg 基体中的 Mg 原子从而形成晶间畸变并增加位错阻力,导致出现固溶强化。其次,随着 Y 元素的加入, AZ81 镁合金的晶粒会持续发生细化作用,从而导致晶界增多,从而阻碍位错与变形的发生,即所谓的细晶强化作用。最后,随着 Y 元素的加入,会形成热稳定性更好的第二相Al 2 Y,从而提高试样整体的热稳定性。但稀土元素 Y 的含量过高会导致 Al 2 Y 相出现局部团聚,导致应力集中,会降低AZ81镁合金试样的高温力学性能。因此为了获得高强度的镁合金,可添加一定量的稀土Y。

图1添加稀土元素Y后AZ81铸造镁合金的第二相分布及Mg-Y二元相图

图2 不同Y含量的AZ81铸造镁合金试样的170℃高温拉伸性能
引自:稀土元素 Y 对汽车用 AZ81 镁合金铸造性能的影响
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本文作者2021-7-16 14:13
镁途
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