浙江国检检测

首页 根栏目

分享:固溶时效处理过程中 Mg-Ce合金中稀土相的 分布变化规律

2022-08-10 14:04:29 

摘 要:以纯镁和 Mg-30Ce中间合金为原料铸造铈质量分数为 1% Mg-Ce合金,并进行 420 ℃×8h固溶200 ×20h时效,结果表明:中的Mg12Ce;态合,以晶界处析出为主,晶粒内析出为辅,且析出相尺寸;,解于镁基体,但晶界处和部分晶粒内仍有一定量残余;时效处理后稀土相在晶粒内重新均匀弥散 析出,晶界处析出量较少,与铸态合金相比,析出相尺寸更加细小分布更加均匀

关键词:铈元素;镁稀土合金;稀土相;固溶时效处理

中图分类号:TG456 文献标志码:A 文章编号:1000-3738(2022)01-0056-05

0 引 言

国内的稀土矿中,各种稀土元素(RE)的分配极 不平衡[1-3]近年来,稀土元素已大规模应用于功能 的生,(Pr)(Nd)、(Gd)、(Dy)土元的需,, 而镧(La)(Ce)(Y)度而大量积压[4-5]已成 为资源集约化利用的重要课题之一[6-8]

稀土元素具有独特的核外电子结构,大部分稀 土元素的 晶 体 结 构 与 镁 元 素 相 似,均 为 密 排 六 方 (hcp)结构,[9]某些 Mg-RE(结构,DO19),[10]因此,稀土元素被认为是高性能镁合金中最具使用 价值和发展潜力的合金化元素[11]将高丰度稀土 作为镁合金的合金化元素,是制备低成本高性能镁 稀土合金的重要方法之一,也是解决高丰度稀土积 压问题的途径之一

稀土元素的添加能够显著提高镁合金的常温和 高温强度[12],有利于镁合金在轻量化航空航天器材 方面的应用稀土元素对镁合金的强化效果主要取 决于镁稀土合金中稀土相的形态及分布[12-13],国内外对添加高丰度稀土元素镁合金的研究主 要集中在 Mg-RE合金布规 律 方 面[14] Mg-7Gd-5Y-1Nd- 0.5Zr合金中稀土相的析出行为,分布规律,发现添加钇钕稀土元素后,镁合金的 主要析出相转变为 Mg12RE ,且稀土元素的添加 显著减少了 Mg17Al12 [15]Mg- Y-Zn-Zr超细晶退火处理,研究了稀土相的微观形貌及分布规律,现稀土相主要在晶界位置析出,而晶界位置析出的 第二相将阻碍晶粒长大朱文杰等[16]研究了铈稀 土元素 对 Mg-5Al-2Si合 金 中 已 经 存 在 的 第 二 相 Mg2Si,Mg2Si,Al11Ce3 CeSi2 董天顺等[17]通过铜模喷铸法制备了细晶 Mg-Ce,AZ91D ,Mg-CeMg12Ce,而添加 Mg-CeAZ91D 镁合金中原有的 Mg17Al12 相变得更为细, 并形成了 Al4Ce针状第二相杜金星等[18],固溶和时效处理后,析出的稀土相在镁合金基体 中弥散分布,有效钉扎位错阻碍晶界滑移,从而大幅 提高了 Mg-Y-Zn-Ag四元合金的抗拉强度和断伸长率,稀土合金的研究主要集中元合金体系中稀土元素对原有合金体系析出相的影 响机制上,并没有深入探讨镁基体与高丰度稀土元 素之间的相互作用机理,难以清晰地揭示各种热处 理条件下稀土相的固溶和析出行为因此,作者采 用铸造工艺制备了铈元素质量分数为1%Mg-Ce 合金,研究了固溶和时效热处理工艺对该合金中土析出相分布的影响机制,为进一步阐明镁稀土合 过程控规律提供帮助

1

试验材料为纯镁锭和 Mg-30Ce,锭的化学成分见表1。采用 QSH-VCF-1200T 炼炉制备 铈 元 素 含 量 (质 量 分 ,下 同)1% Mg-Ce,720 ℃,保护气体CO2 SF6 ,时 先 在 石 墨 坩 埚 中 放 入 镁 ,待其完全熔化后,加入 Mg-30Ce中间合金,熔炼 20min后扒渣并静置10min,在金属模具中浇铸, 得到规格为?100 mm 的合金铸锭;熔炼中稀土元 素的烧损率按80%

企业微信截图_16601126953119

采用线切割在 Mg-Ce取片状铸态试样,在热处理炉4208h 固溶,200 20h线在铸固溶时效,,1g1mL 98 mL 腐 蚀 ,LV150NA (OM)ZEISSEVO MA10 (SEM) ,带 的 X-Max 型 能 谱 仪 (EDS)

2 试验结果与讨论

2.1 区成

1:Mg-Ce100μm,;,,[19]; 析出相分布均匀性较差,且尺寸大小不一析出相 的不均匀分布主要是溶质本身的非均匀分布以及成 分偏析导致的固溶处理合金的平均晶粒尺寸约为 95μm,晶粒大小均匀;大部分晶粒中未出现明显,部分则仍然存在析出相腐蚀形成的坑点,析出相大部分溶解于镁基体中,但溶解不完全效处理合金的晶粒形貌与铸态试样高度相似,平均 晶粒尺寸也相近,约为100μm,出相尺,为均

企业微信截图_16601127074317

2:Mg-Ce中的析出相均主要由镁和铈两种元素组成,且两种 元素的原子比基本不变,固溶处理和时效处理均未 改变析出相的种类;根据元素含量比,推断该析出相 Mg12Ce[20]极少量的碳,散导致的[21]

企业微信截图_16601127193133

2.2 围观形貌

由图3:铸态及不同热处理后 Mg-Ce均由深色的镁基体和浅色的颗粒状或长条状稀出相组成;稀土相的分布形式主要有两种,一种连续 分布在晶界处,一种在镁晶粒内呈弥散分布铸态 合金中,稀土相以晶界处析出为主,以晶粒内析出为 ,这是由于在凝固过程中,随着晶粒长大,稀土元 素主要在结晶前沿(即晶界)处富集;稀土析出相的 形貌尺寸差异较大,其中,颗粒状析出相较多,其直 2~3μm,,10μm, 约为2μm,合金基体,,,0.52%[22],,,位错滑移,这在一定程度上能够提高镁合金的力学 性能[23]时效处理后,稀土相重新弥散出现在镁晶 粒内,呈细小的颗粒状和短棒状;与铸态合金相比,时效处理合金中的析出相更加细小均匀另外,效处理后,晶界处稀土相的析出量与固溶处理后相 比差别不大,但晶粒内部的析出量明显增多,这表明 Mg-Ce[19,24-25]时效处理后产生的颗粒状稀土相能够钉扎晶界,加位错堆积,有效阻碍位错的滑移,抑制再结晶晶粒 长大,从而提高镁合金的屈服强度,并使镁合金在热 变形时维持较强的延展性[26]

由图4可 知,固 溶 处 理 合 金 的 晶 界 处 出 现 镁 和铈,,界处 ,不连续的颗 粒 状,这 可 能 是 添 加 的 铈 含 量 较 低 导 致的

企业微信截图_16601127316036

3 结 论

(1)铸态固溶以及固溶+时效处理后 Mg-Ce 合金中的析出相均为 Mg12Ce,热处理工艺并未影响 析出相的组成(2)铸态 Mg-Ce均匀,以晶界析出为,,的稀土相呈颗粒状和长条状,其尺寸形状差异较 ;固溶处理后,稀土相大部分溶解于镁基体,但晶 界处和部分稀土相分布较多的晶粒内仍有少量残 ;时效处理后,稀土相在镁晶粒内重新均匀弥散 析出,晶界处稀土相析出量较少,时效处理显著提高 了析出相的均匀性


参考文献: [1] 丁文江,付彭怀,彭立明,.先进镁合金材料及其在航空航天 领域中的应用[J].航天器环境工程,2011,28(2):103-109. DING WJ,FU P H,PENG L M,etal.Advancedmagnesium alloysand their applicationsin aerospace[J].Spacecraft EnvironmentEngineering,2011,28(2):103-109. [2] 张学东.全球化背景下中国稀土产品供给问题研究[D].北京: 中央财经大学,2015. ZHANGXD.ResearchonChineserareearthproductssupply problemunderthebackgroundofglobalization[D].Beijing: CentralUniversityofFinanceandEconomics,2015. [3] 汤晗均.中国稀土产业经济研究现状与发展趋势分析[J].中国 市场,2016(37):61-61. TANG H J.Analysis of economic research status and developmenttrendof China'srareearthindustry [J].China Market,2016(37):61-61. [4] 罗非.稀 土 供 预 测 研 究 [D].北 京:中 国 地 大 学 (),2012. LUOF.Researchon China'srareearthsupplyanddemand forecasting[D].Beijing:China University of Geosciences, 2012. [5] .西[D].:, 2011. LIAOXG.StudyonthedevelopmentstrategyofJiangxirare earthindustry[D].Nanchang:NanchangUniversity,2011. [6] .西J为例 [D].:,2012. LIU H.StudyonJiangxirareearthenterprisesdevelopment strategybasedonthenewsituation-TakeJcompanyasan example[D].Nanchang:NanchangUniversity,2012. [7] 刘余九.中国稀土产业现状及发展的主要任务[J].中国稀土学 ,2007,25(3):257-263. LIU YJ.Presentstateand maintaskofdevelopmentofrare earthindustryinChina[J].JournaloftheChineseRareEarth Society,2007,25(3):257-263. [8] 王佳男.中国稀土需求预测模型研究与应用[D].赣州:江西理 工大学,2018. WANGJN.DemandforecastingmodelforrareearthofChina anditsapplications[D].Ganzhou:JiangxiUniversityofScience andTechnology,2018. [9] 曾小勤.稀土镁合金研究与应用进展[J].稀土信息,2016(2): 26-29. ZENGXQ.Progressinresearchandapplicationofrareearth 59陈燕飞,:固溶时效处理过程中 Mg-Ce合金中稀土相的分布变化规律 magnesiumalloys[J].RareEarthInformation,2016(2):26-29. [10] AZZEDDINE H,HANNA A,DAKHOUCHE A,et al. Impactofrare-earthelementsonthecorrosionperformanceof binary magnesium alloys [J].Journal of Alloys and Compounds,2020,829:154569. [11] LIULZ,CHEN X H,PAN FS,etal.Anewhigh-strength Mg-Zn-Ce-Y-Zrmagnesium alloy[J].JournalofAlloysand Compounds,2016,688:537-541. [12] LUO Q,GUO Y L,LIU B,etal.Thermodynamicsand kineticsofphasetransformationin rare earth-magnesium alloys:Acriticalreview[J].Journalof MaterialsScience & Technology,2020,44:171-190. [13] ANG H Q.Modellingofthestrainhardeningbehaviourof Die-castmagnesium-aluminium-rareearthalloy[J].Advanced EngineeringForum,2020,35:1-8. [14] 刘伟.Mg-Gd-Y-Zn系合金时效析出行为的研究[D].北京:京有色金属研究总院,2019. LIU W.StudyontheprecipitationbehaviorofMg-Gd-Y-Zn alloyduring agingtreatment[D].Beijing:Beijing General ResearchInstituteforNonferrousMetals,2019. [15] 樊昀,周玲烨,陈彬,.热处理对超细晶稀土镁合金组织和性 能的影响[J].上海航天,2019,36(2):66-73. FAN Y,ZHOU L Y,CHEN B,et al.Effect of heat treatmentson microstructuresand propertiesofultra-fine grainrareearth-magnesium alloy[J].AerospaceShanghai, 2019,36(2):66-73. [16] 朱文杰,李 德 江,曾 小 勤,.Ce对 铸 造 Mg-5Al-2Si合 金 中 Mg2Si相改性及力学性能的影响[J].铸造,2019,68(7):679- 683. ZHU WJ,LIDJ,ZENG X Q,etal.EffectsofCeon Mg2Si phasemodificationand mechanicalpropertiesofMg-5Al-2Si alloy[J].Foundry,2019,68(7):679-683. [17] 董天顺,王拓,郑晓东,.细晶 Mg-Ce中间合金的制备及其 AZ91D组织和性能的影响[J].材料导报,2017,31(12): 73-78. DONGT S,WANG T,ZHENG X D,etal.Preparationof fine-grained Mg-Ce master alloy and its effect on microstructure and properties of AZ91D [J].Materials Review,2017,31(12):73-78. [18] 杜金星,华建社,赵旭,.热处理对 Mg-Y-Zn-Ag稀土镁合金 长周期组织结构的影 响[J].金 属 热 处 理,2018,43(11):173- 177. DUJX,HUAJS,ZHAO X,etal.Effectofheattreatment onlong-period microstructure of Mg-Y-Zn-Ag rare earth magnesiumalloy[J].Heat Treatmentof Metals,2018,43 (11):173-177. [19] 强晟.简述镁合金常见强化机理及应用[J].中国科技信息, 2020(24):50-51. QIANGS.Commonstrengtheningmechanismandapplication of magnesium alloys [J].China Scienceand Technology Information,2020(24):50-51. [20] BOUREZGYI,AZZEDDINE H,BAUDIN T,etal.Texture andmicrohardnessof Mg-Rare Earth (Ndand Ce)alloys processedbyhigh-pressuretorsion[J].MaterialsScienceand Engineering:A,2018,724:477-485. [21] ZHU S M,EASTON M A,ABBOTT T B,et al.The influenceofindividualrareearthelements(La,Ce,orNd)on creepresistance of die-cast magnesium alloy AE44[J]. AdvancedEngineeringMaterials,2016,18(6):932-937. [22] CHEN Y F,ZHU Z Q,ZHOU J X,etal.Study onthe strengthening mechanism ofrareearth Cein magnesium alloys, based on first-principle calculations and electronegativitytheory[J].Materials,2021,14(21):6681. [23] WANGG G,HUANG G S,CHEN X,etal.EffectsofZn additiononthemechanicalpropertiesandtextureofextruded Mg-Zn-Ca-Cemagnesium alloysheets[J].MaterialsScience andEngineering:A,2017,705:46-54. [24] 包明明,杨素媛,何杨宇.四种状态下 Mg-10Gd合金微观组织 及力学性能研究[J].稀土,2021,42(2):8-15. BAO M M,YANG S Y,HE Y Y.Microstructure and mechanicalpropertiesofMg-10Gdalloyunderfourtreatment states[J].ChineseRareEarths,2021,42(2):8-15. [25] HANBJ,GU D D,HE Q,etal.FabricationofanovelMg- RE (Nd,Ce)intermetalliccompoundcoatingbymoltensalt diffusionanditseffectoncorrosionresistanceofmagnesium alloys[J].JournalofRareEarths,2016,34(7):731-735. [26] 薛寒松,邓功凯,李鹤,.热处理对ZMT613-Sm 镁合金组织 和性能的影响[J].材料热处理学报,2020,41(9):42-50. XUE H S,DENG G K,LIH,etal.Effectofheattreatment onmicrostructureandmechanicalpropertiesofZMT613-Sm magnesium alloys[J].Transactionsof Materialsand Heat Treatment,2020,41(9):42-50.

<文章来源>材料与测试网>机械工程材料>46卷>

热点推荐