Nd含量對AM60鎂合金顯微組織及力學性能的影響

張春青

(承德石油高等?？茖W校機械工程系，河北 承德 067000)

Nd含量對AM60鎂合金顯微組織及力學性能的影響

張春青

(承德石油高等?？茖W校機械工程系，河北 承德 067000)

通過金相分析和電子拉伸等手段研究了稀土Nd的添加對AM60鎂合金顯微組織和力學性能的影響。結(jié)果表明:稀土Nd的加入能顯著提高合金的抗拉強度和延伸率。AM60合金中加入Nd后，與Al形成針狀的稀土化合物Al11Nd3，使合金中的γ相Mg17Al12數(shù)量減少，合金組織得到細化。試驗條件下，AM60-1.5%Nd合金具有最好的顯微組織和力學性能，但Nd加入量過高，反而使合金的性能降低。

AM60鎂合金;稀土Nd;顯微組織;力學性能

AM60是 Mg-Al-Mn系列的壓鑄鎂合金多用于汽車上的座位框架，儀表盤，支架，方向盤等［1］。AM60合金韌性比好于其他鎂合金，但強度低。目前，常采用合金化［2-5］的方法提高鎂合金的性能。其中稀土是鎂合金常用的一種添加元素，而且國內(nèi)外也有部分研究，本文研究了單一稀土元素Nd含量對AM60鑄造鎂合金的組織和力學性能的影響，為AM60鎂合金的性能的提高提供理論支持。

1 試樣制備與試驗方法

1.1 試驗材料準備

以鎂、鋁和氯化錳為原料制備AM60基體合金，添加不同含量的釹(分析純)，共配制3種合金，其合金成分如表1所示。

試樣熔煉過程:將感應(yīng)爐升溫到740℃，在加入鎂塊的同時，加入一些干燥粉(形成保護氣氛)，過10 min后依次加入鋁塊，氯化錳粉末和釹塊。等溫度升高到780℃，原料已經(jīng)熔化，再加入干燥粉，待熔液攪拌均勻后，靜置保溫30 min，出爐澆鑄。采用金屬型鑄造(鑄模150℃預熱)，澆鑄成梅花試棒。

表1 AM60鎂合金的化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

1.2 試驗方法

制備金相試樣，采用NIKON EPIPHOT 300大型光學顯微鏡觀察合金顯微組織，按GB/T 228—2002加工標準拉伸試樣(Φ8 mm×40 mm)，在CMT505A電子萬能拉伸試驗機上進行力學性能試驗，拉伸應(yīng)變速率為0.05I/S。

2 顯微組織分析

圖1為AM60-xNd合金的顯微組織。在圖1a中大塊的α-Mg固溶體呈現(xiàn)白色，在α-Mg固溶體的晶界上產(chǎn)生了黑色的γ-Mg17Al12相，γ-Mg17Al12是在非平衡狀態(tài)下產(chǎn)生的且以不規(guī)則的形狀分布在晶界上。試驗表明，添加稀土Nd以后，鑄態(tài)的AM60合金中形成了新相Al11Nd3該新相呈現(xiàn)針狀形態(tài)。隨著合金中Nd的含量增加，顯微組織變化顯著，合金中的γ-Mg17Al12相數(shù)量減少，尺寸逐漸變小，Al11Nd3針狀物逐漸增多(圖1b、d、f)。加入1%Nd后，形成少量的Al11Nd3針狀化合物;Nd含量在1.5%時，針狀組織數(shù)量變多尺寸減小，在晶粒內(nèi)彌散分布，γ相變得斷續(xù)(圖1b);Nd含量達到2.0%時，針狀組織粗大并大量分布(圖1c)。

3 力學性能分析

圖2和表2為AM60系列合金的常溫力學性能(抗拉強度和延伸率)與Nd加入量的關(guān)系?？梢?，隨著稀土Nd加入量的增加，抗拉強度和延伸率增加，在Nd含量1.5%左右時二者大到最大，隨后隨著Nd含量增加，抗拉強度和延伸率都降低。

表2 鑄態(tài)時鎂合金的延伸率和抗拉強度

3.1 抗拉強度的分析

隨著Nd含量的增加AM60合金σb有顯著的提高。試驗條件下，Nd含量1.5%時，抗拉強度達到最大值。隨著稀土元素含量繼續(xù)增長，AM60鎂合金的抗拉強度開始下降。原因:合金中加入稀土Nd產(chǎn)生了細晶強化作用，使合金的力學性能提高。當Nd的含量達到1.5%時，合金形成了大量細小的針狀物，具有釘扎晶界的作用使合金的力學性能達到最高值;當Nd的含量超過1.5%時，由于形成的Al11Nd3變得粗大，合金的抗拉強度開始下降。

3.2 延伸率的分析

隨著Nd含量的增加，合金的延伸率有明顯改善，試驗條件下，Nd含量在1.5%時達到最高值。分析認為:一方面稀土元素化學活性強，與雜質(zhì)元素有較強的結(jié)合力，而雜質(zhì)元素易引起組織的疏松，稀土元素的添加，凈化了合金的組織，減少缺陷的產(chǎn)生，從而提高了延伸率。另一方面，稀土元素的添加使Al11Nd3相數(shù)量增多，脆性γ-Mg17Al12相數(shù)量減少［6］，因此塑性得到了改善。由試驗結(jié)果表明，當加入1.5%Nd時，延伸率最高，當超過1.5%時，由于Al11Nd3相形態(tài)發(fā)生變化，合金內(nèi)部應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯、延伸率下降。

4 結(jié)論

1)在由α-Mg基體相、γ-Mg17Al12相組成的AM60合金中加入稀土Nd之后發(fā)現(xiàn):形成了稀土化合物Al11Nd3，且隨著Nd元素的增加，γ-Mg17Al12相數(shù)量變少，尺寸減小。

2)稀土元素Nd的加入，抗拉強度和延伸率都明顯提高，試驗條件下在含量為1.5%時，合金具有最好的性能。

［1］Tian Zheng，Song Bo，Liu Yongbing.Application and develo-ping of AM magnesium alloy in automobile industry［J］.Automobile Technology and Material，2004(7):21-23.

［2］高洪吾，胡曉菊.RE元素 Y和 Nd對Mg-6Al合金顯微組織的影響［J］.特種鑄造及有色合金，2004(6):29-32.

［3］黃曉鋒，付彭懷，盧晨，等.Nd對 AM50力學性能及高溫性能的影響［J］.材料研究學報，2004，18(6):593-596.

［4］Heime HJ.Magnesiumindustrylooks tothe future［J］.FoundryManage-ment and Technology，1997(4):48-53.

［5］Heubz Haferkamp.Alloy Development，Processing and Applications inMagnesium Lithium Alloys［J］.Material Transactions，2001，42(7):1160-1166.

［6］毛祖莉.Nd元素對AM60鎂合金組織及力學性能的影響［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2008(1):15-17.

Effects of Neodymium on Microstructure and Mechanical Properties of AM60 Alloy

ZHANG Chun-qing

(Department of Mechanical Engineering，Chengde Petroleum College，Chengde 067000，Hebei，China)

Neodymium’s effects on microstructure and mechanical properties of AM60 magnesium alloys at room temperature were investigated by optical microscopy and electronics tensile.The results showed that the ultimate tensile strength and elongation of AM60 alloys are improved prominently by adding Nd.New phase Al11Nd3is formed after Nd was added to the AM60 alloys.The size and amount of Mg17Al12phase are decreased because of the Al11Nd3formation.AM60 alloys with 1.5%Nd addition has the best microstructure and properties in our study，however，more Nd addition makes the properties worse.

AM60 magnesium alloy;rare earth Nd;microstructure;mechanical properties

TG1

A

1008-9446(2014)04-0041-04

2014-04-08

張春青(1979—)，女，山東陽谷人，承德石油高等?？茖W校機械工程系講師，碩士，主要從事機械工程方面的教學工作。