钪对AZ91合金组织和性能的影响.pdf

2 0 1 3 年6 期有色金属 冶炼部分 h t t p l l y s y l ．b g r i m m ．c n 5 1 。 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 6 ．0 1 4 钪对A Z 91 合金组织和性能的影响 孔凡校1 ，姚素娟2 “，胡迎春1 ，褚丙武4 1 ．广西工学院职业技术教育学院，柳州5 4 5 0 0 6 ；2 ． 3 ．中国铝业股份有限公司中铝科学院，北京1 0 0 0 3 6 ；4 ．中 河南神火集团有限公司，河南商丘4 7 6 0 0 0 ； 国铝业股份有限公司郑州研究院，郑州4 5 0 0 4 1 摘要研究钪在A Z 9 1 合金中的相组成、形貌及其对合金组织和性能的影响。结果表明，钪在合金中生 成A l 。s c 高温耐热相，细化了枝晶组织。钪添加量为0 ．6 ％时，室温和2 0 0 ℃的抗拉强度分别为2 6 5 ．4 M P a 和1 6 1 ．1M P a 。钪可显著降低合金自腐蚀电流密度，但腐蚀电位只有轻微增加。 关键词A Z 9 1 ；镁合金；钪；微观组织；力学性能；腐蚀性能 中图分类号T G l 4 6 ．2 2 ；T G l l 3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 6 0 0 5 1 0 3 E f f e c to fS c a n d i u mo nM i c r o s t r u c t u r ea n dP r o p e r t yo fA Z 91M a g n e s i u mA l l o y K O N GF a n - x i a 0 1 ，Y A 0S u j u a n 2 “，H UY i n g c h u n l ，C H UB i n g - w u 4 1 ．S c h o o lo fV o c a t i o n a la n dT e c h n i c a lE d u c a t i o n ，G u a n g x iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，L i u z h o u5 4 5 0 0 6 ，G u a n g x i ，C h i n a 2 。H e n a nS h e n h u oG r o u p ，S h a n g q i u4 7 6 0 0 0 ，H e n a n ，C h i n a ； 3 ．S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yR e s e a r c hI n s t i t u t eo fC H A L C O ，B e i j i n g1 0 0 0 3 6 ，C h i n a ； 4 ．Z h e n g z h o uR e s e a r c hI n s t i t u t eo fC H A L C O ，Z h e n g z h o u4 5 0 0 4 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep h a s ec o m p o s i t i o na n dm i c r o s t r u c t u r eo fs c a n d i u mi nA Z 91a l l o yw e r es t u d i e d ．T h ee f f e c t so f s c a n d i u mo nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t yo fA Z 91a l l o yw e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ts c a n d i u mg e n e r a t e sA 1 3S cp h a s ea n dr e f i n e st h ed e n d r i t i cs t r u c t u r eo fc r y s t a lg r a i n ．T h eo p t i m u mt e n s i l e s t r e n g t ha tr o o mt e m p e r a t u r ea n d2 0 0 ℃a r ei m p r o v e dt o2 6 5 ．4M P aa n d1 6 1 ．1M P ar e s p e c t i v e l yw i t ht h e a d d i t i v ea m o u n to fs c a n d i u mo f0 ．6 ％．T h ec u r r e n td e n s i t yo fs e l f - c o r r o s i o no fa l l o yd r o p sm a r k e d l ya f t e r a d d i t i o no fs c a n d i u m ，w h i l et h ec o r r o s i o np o t e n t i a lr i s e ss l i g h t l y ． K e yw o r d s A Z 91 ；m a g n e s i u ma l l o y ；s c a n d i u m ；m i c r o s t r u c t u r e ；m e c h a n i c a lp r o p e r t y ；c o r r o s i o np r o p e r t y 镁合金在汽车、轨道交通、航空工业领域的应用 越来越广泛‘1 ‘引，但高温强度及蠕变强度在温度超过 1 2 0 ℃时会大幅下降。本文研究微量钪对A Z 9 1 合 金组织、力学性能、腐蚀性能的影响，以提高其耐热 性能，满足汽车及航空工业的要求。 1 试验部分 1 ．1 成分设计 钪在镁合金中可形成稳定的稀土析出相，可与 锰生成M n z s S c 。或M n z S c 强化相。纯钪的熔点为 15 3 9 ℃，价格较贵，通常在镁合金中加入M g S c 中 间合金。参照有关文献[ 2 { ] ，以A Z 9 1 合金为基本成 分 A 19 ％，Z n1 ％，M g 余 ，钪元素添加量为0 ～ 0 ．8 ％。 1 ．2 熔铸工艺 为减少熔炼时镁的烧损，试验用自行研制的复 收稿日期2 0 1 2 1 1 2 7 基金项目广西自然科学基金项目 2 0 1 1 G X N S F C 0 1 8 0 0 5 ；广西科技大学 筹 科学基金项目 校科自1 2 6 1 1 0 5 作者简介孔凡校 1 9 8 1 一 ，男，河北邢台人，讲师，硕士． 万方数据 5 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 3 年6 期 合溶剂进行覆盖保护[ 2 。。根据文献E z ] 的方法进行 合金的熔铸。 1 ．3 固溶和时效处理 固溶温度设定在D S C 曲线差热分析所测定的 低熔点共晶体熔化温度以下1 5 ℃。 合金的时效动力学曲线测定条件是1 7 0 ℃保温 o ～2 0h ，以此确定合金的时效热处理制度。 I ．4 微观组织观察 在浇铸样同一位置取样，研磨、抛光后，再用浸 蚀剂[ z ] 进行腐蚀。用L e i c aD M I R M 光学显微镜进 行组织观察。用L V 6 3 6 0 型扫描电子显微镜进行微 观形貌分析，化合物相的能谱分析采用I A C A 谱仪。 1 ．5 室温、高温力学性能及腐蚀性能测定 常温和高温 2 0 0 ℃ 力学性能分别在C S S - 4 1 0 0 电子材料试验机和I n s t r o n 万能试样机上进 行，用动电位扫描法测试腐蚀性能。 2 结果分析 2 ．1 铸态组织 不同钪含量A Z 9 1 合金的显微组织见图1 。 a 一0 ％S c ； b 一0 ．2 ％S c ； c 一0 ．4o ／‘o S e ； d 一0 ．6 ％S c I e - 0 ．8 ％s c 图I 不同钪含量A Z 9 1 合金的显微组织 F i g ．1 M i c r o s t r u c t u r eo fA Z 9 1a l l o yw i t hd i f f e r e n ts c a n d i u mc o n t e n t s 未添加钪的A Z 9 1 合金铸态组织为典型的枝晶 组织，由a M g 基体和分布在基体中的连续或半连 续的1 3 - M g 。，A 1 ，。相组成。其中B 相主要以两种形式 存在，一种是呈白色网状分布的离异共晶相；另一种 是在合金凝固时从基体中析出的黑色层片状。添加 钪后，合金组织仍为典型的铸态树枝晶，但由于 A l 。S c 高温耐热相粒子的细化作用，合金晶粒要细 小许多。 能谱分析显示，加入钪后的合金第二相趋于球 化，生成的稀土相也呈球形 图2 中的A ，对新相进 行E D S 能谱分析可以看到 图2 ，新相中有铝、镁、 锰和钪4 种元素。 2 ．2 合金的力学性能 浇铸出来的样品加工成标准试样，进行常温和 高温 2 0 0 ℃ 力学性能测试，结果见表1 。 表1 表明，钪可显著提高合金的高温性能，钪添 加量为0 ．6 ％～o ．8 ％时，合金的室温和高温力学性 能最好。钪添加量为0 ．6 ％时，合金室温和高温的 抗拉强度分别为2 6 5 ．4M P a 和1 6 1 ．1M P a 。合金 在较宽的钪含量范围内，力学性能稳定，原因是 A l 。S c 作为晶粒细化核心，在高温条件下具有很好 的稳定性。 2 ．3 腐蚀性能 利用动电位扫描法研究钪对合金腐蚀性能的影 响。试验发现，无论是否添加钪，在电化学腐蚀试验 初期的阴极反应阶段，试样工作表面均有附着气泡 产生，但未添加钪的试样表面的气泡大而密，添加钪 的试样气泡少而小；阳极反应开始后，未添加钪试样 表面产生灰白色的附着物，并产生黑色的蚀坑，腐蚀 介质变得浑浊，铂电极表面有大量的气体溢出；添加 钪后，试样反应现象减弱，且气体开始溢出的时间相 对滞后。 万方数据 2 0 1 3 年6 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 3 o123456 789 k e V 图2A Z 9 1 O ．6 ％S c 的E D S 谱 F i g ．2 E D Sp a t t e r no fA Z 9 1w i t h0 ．6e ／e S c 表1A Z 9 1 合金力学性能 T a b l e1M e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fA Z 9 1a l l o y 试验测得未添加钪的合金自腐蚀电位为一1 ．5 2 V ，电流密度为1 ．1 5 0 1 0 - 4A ／c m 2 ；添加0 ．2 ％S c 时自腐蚀电位提高到一1 ．4 4V ，电流密度降低到 1 ．0 3 8 1 0 _ 4A ／c m 2 ；随着钪含量的增加，自腐蚀电 位略有增加，但腐蚀电流密度降低幅度较大；当钪添 加量为0 ．8 ％时，电流密度比未添加钪时减小约 5 0 ％。 3结论 1 钪在A Z 9 1 合金中生成A l 。S c 高温耐热相粒 子，细化了晶粒。 2 钪含量为0 ．6 ％～o ．8 ％时，合金的室温和高 温力学性能最好，钪添加量为0 ．6 ％时，合金室温和 2 0 0 ℃的抗拉强度分别为2 6 5 ．4M P a 和1 6 1 ．1 M P a 。 3 钪可以降低合金腐蚀发生的程度，显著降低 自腐蚀电流的密度，但是对腐蚀电位的影响并不十 分明显。 参考文献 [ 1 ] 刘洋，谢骏，郭雪锋．M g - Z n 系耐热铸造镁合金的最新 研究进展口] ．铝加工，2 0 1 0 3 2 0 - 2 6 ． [ 2 ] 孔凡校，姚素娟．钇对A Z 9 1 合金组织和性能的影响 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 1 0 ；5 0 - 5 4 ． [ 3 3 姚素娟，易丹青，梁冬梅，等．S c 对A Z 9 1 镁合金耐蚀性 能的影响口] ．稀有金属材料与工程，2 0 0 8 ，3 7 2 3 6 2 3 6 5 ． [ 4 3 张晓霞，陈刚，屈卫棋，等．M g - S r - Y 中间合金对A Z 3 1 镁合金铸态组织的影响[ J J ．重庆科技学院学报，2 0 1 1 ， 1 3 5 1 1 1 - 1 1 3 ． [ 5 2 狄石磊，郭峰，张建华，等．钇和铈对A Z 9 1 D 镁合金的 组织及力学性能的影响[ J 3 ．兵器材料科学与工程，2 0 1 0 3 6 0 ．6 4 ． 万方数据