Gd和Sm复合添加对AZ81镁合金组织和性能的影响

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作为金属结构材料应用的镁及镁合金其具有较低的密度、良好的比强度和比刚度、优异的电磁屏蔽特性以及卓越的阻尼减震特性,故已在汽车、航空航天以及通讯等领域得到广泛使用,针对Mg-Al镁合金具有耐热性能和腐蚀性能较差的特点,本文选取稀土元素Gd和Sm作为加入元素,探讨合金化对AZ81镁合金组织和性能的影响规律,利用SF6+CO2混合气体保护下感应炉熔炼,采用金属型模具制备了AZ81-Gd-Sm镁合金,研究了Gd和Sm添加对AZ81显微组织、室温和高温力学性能以及耐腐蚀性能的影响。  通过对比分析不同Sm和Gd加入量的AZ81-Gd-Sm的显微组织和拉伸性能,发现Sm和Gd的加入使得AZ81合金组织得到明显细化,加入总量为2%时具有最好的细化效果,组织中形成了Al2Sm和Al2Gd析出相。当Sm和Gd加入总量超过3%后,其晶粒尺寸存在缓慢增大的趋势,析出物变多且存在粗化、偏聚的趋势。随 Sm和Gd加入量的增大,AZ81合金的抗拉强度存在先升高后降低的趋势,室温拉伸时 AZ81-1.6Gd-0.4Sm合金的抗拉强度取得最大值286MPa,AZ81-2.4Gd-0.6Sm合金的抗拉强度在150℃和175℃时分别达到最大值215MPa和191MPa,相比于AZ81镁合金,Sm和Gd加入使得抗拉强度提高了30-40MPa,AZ81-1.6Gd-0.4Sm合金在室温、150℃和175℃时的伸长率均取得最大值,但若稀土加入量过度,则合金显微组织恶化,力学性能明显降低。  Gd和Sm的加入明显提高了AZ81合金在本测试条件下的抗蠕变性能,AZ81及AZ81-1.6Gd-0.4Sm合金在150℃/(50-70MPa)时具有较为优异的抗蠕变能力,当温度升高到175℃,AZ81的抗蠕变能力开始快速恶化,当温度继续升高至200℃,AZ81-1.6Gd-0.4Sm合金的抗蠕变性能也急剧变坏。 AZ81及AZ81-1.6Gd-0.4Sm合金在低温条件下的蠕变主要受扩散和晶界滑动控制,而在高温条件下,合金的位错滑移、攀移运动以及原子扩散成为蠕变控制因素。  Gd和Sm的加入明显提高了 AZ81合金的耐腐蚀性能,其中AZ81-1.6Gd-0.4Sm合金在浓度为0.5%和3.5%的NaCl腐蚀液中均具有最优的耐腐蚀能力。稀土元素的加入能够明显提高 AZ81合金的自腐蚀电位,降低合金的腐蚀电流密度。AZ81和AZ81-1.6Gd-0.4Sm合金在NaCl溶液中腐蚀后的腐蚀产物差异不大,它们的腐蚀产物主要为 Mg(OH)2。微量的Gd和Sm能够细化显微组织,降低析出相的尺寸,减小合金中有害元素及杂质,降低合金的气孔率,通过在 Mg-Al合金中添加适量的稀土元素是提高镁合金耐腐蚀性能的重要方法。
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