Sm對AZ61合金顯微組織的影響

  鎂合金是當前最輕的金屬結構材料,具有優異的比剛度和比強度、良好的尺寸穩定性、較高的電磁屏蔽性及優異的切削加工性等優點,在航空業和汽車、摩托車工業的應用逐漸增多。當前世界約70%以上的鎂合金零件應用于汽車工業,汽車本身自重如減少100kg,則汽車運行100km行程大約節油0.5L左右,而每節油1L就可減少CO2排放量2.5g,合計年CO2排放量大約減少30%以上,可見鎂合金的研究開發對于改善環境和節約能源有重要影響。研究認為,稀土可以凈化鎂合金熔體,改善合金的鑄造性能,細化合金顯微組織,提高其抗氧化性能。相比其他稀土元素,稀土Sm具有特殊的斜方結構,它在鎂中的固溶度可達5.7wt%,目前含Sm的Mg-Al系合金相關研究文獻很少。另外,AZ61合金既有較高的力學性能,又有優良的鑄造性能?;谏鲜鲈颍疚难芯苛讼⊥罶m對AZ61合金顯微組織的影響。

  實驗用原材料為鎂錠(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行干燥處理。合金的化學成分為(質量分數,%):6Al,1Zn,余量為Mg。Sm的含量分別為0,0.5,1,1.5,2。在電磁感應熔煉爐中進行合金熔煉,熔煉時采用SF60.2%(體積分數)+CO2對合金熔體進行保護。當熔體溫度達到690℃時,將合金液澆注到預熱250℃的金屬模具中。用MgO粉覆蓋金屬試樣,放置在箱式爐中進行固溶(420℃×20h)、時效(200℃×10h)處理。

  在AZ61合金中添加0.5%~2.0%Sm稀土,合金的鑄態和時效態顯微組織得到明顯細化。在研究范圍內,加入合金Sm后,合金內形成了彌散分布的高熔點Al2Sm化合物相,Mg17Al12數量明顯減少;錯配度計算及TEM觀察表明,Al2Sm可以作為α-Mg的有效形核核心,這是Sm加入后可以顯著細化AZ61合金組織的一個重要原因。