钕在AM60镁合金显微组织和力学性能变化中的作用机制

[摘 要]本文分析了钕对AM60镁合金显微组织及力学性能的影响。通过实验可以了解到，添加钕能够细化AM60镁合金的显微组织，减少并且减细Mg17Al12，适当的钕元素能够和镁合金中的铝元素反应，并且声称颗粒状的Al11Nd3相，提高镁合金的屈服强度、抗拉能力及伸长率。在实验过程中添加质量分数为0.9%的钕最佳，屈服强度为127MPa，其抗拉能力为230MPa，伸长率为14%，比AM60镁合金提高了48%、28%和1.8倍。

[关键词]钕；AM60镁合金；纤维组织；力学性能

中图分类号：146.T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0058-01

镁合金具有较强的比刚度及比强度，并且具有良好的导热性能、导电性能、减振性能及回收再生等优点，在汽车、航空航天、电子等领域被广泛使用。国外已经将镁合金应用到汽车轮毂、方向盘及仪表盘等部件的制造中，AM60和AZ91镁合金占据了汽车总镁合金数量的90%，虽然AM60镁合金的韧性比AZ91的要好，但是强度却比不上AZ91镁合金，为了满足轮毂的性能需求，就要提高AM60镁合金的力学性能。

一、试验样品的准备和实验方法

制作AM60基体合金包括纯锌、镁、铝及铝-锰中间合金，再添加一定量的钕，配制为5种合金，通过等离子体光谱仪和放射光谱仪分析其成分，详见表1：

使用火花原子放射光谱仪分析合金中化学成分的常量元素，使用等离子体光谱仪分析钕元素含量，使用光学显微镜及扫描电镜观察显微组织及夹杂物和颗粒成分。使用X射线衍射仪分析物相使用拉伸试样在拉伸试验机上进行力学性能实验。[1]

二、实验结果和分析

1、显微组织

通过图1可以看出来，稀土钕能够细化α基体相，导致β相变细且少。在添加0.9%钕的时候，合金铸态组织具有较明显的细化效果。因为钕，合金基体中具有少量不规则的针形多边形颗粒。提高钕含量为1.2的时候，合金基体α相变粗。

通过图2可以看出来，AM60镁合金中包括共晶β（Mg17Al12）相和α-Mg相，在添加0.9%钕之后，还包括少量的Al11Nd3相。

通过图3中a可以看出来，不规则网状化合物主要在铸态晶粒晶界处，并且呈现离异共晶，EDS分析并且发现其包含铝、镁元素。通过图3中d可以确定其是离异共晶β相。

通过EDS分析发现基体中其他颗粒为α-MnAl偏析相（图3中e），呈规则点状、方块状等几何形状在AM60镁合金中。

通过图3中b可以看出来，因为钕元素，导致合金基体中具有少量不规则多边形颗粒。通过图3中f及图2中b可以看出其为新生Al11Nd3相。[2]

提高钕元素量，新生相Al11Nd3以针状在合金基体中（图3中c）。

2、力学性能变化

通过图4可以看出来，将钕添加到合金中，明显提高了其伸长率，钕质量分数为0.9%的时候，合金伸长率为14%，比基体合金提高了1.8倍，这是因为稀土钕能够细化合金中β-Mg17Al12相及α-Mg相。如果在此基础上增加钕的量，那么就会导致合金伸长率下降。钕一定程度的影响了镁合金的屈服强度及抗拉力度，和影响合金伸长率一致。在钕含量为0.9%的时候，合金的屈服强度和抗拉力度最大，为127MPa和230MPa。相比基体合金，提高了48%的屈服强度，但是提高抗拉力度并不明显，为28%。如果在此基础上增加钕的含量，那么就会使合金的屈服强度和抗力力度大大下降。[3]

三、结束语

通过上述实验可以看出，AM60镁合金铸态组织主要包括α-Mg基体相和β-Mg17Al12，并且合金基体中具有少量的α-MnAl偏析相，以规则的点状、方块状等几何形状状态存在；钕能够细化AM60镁合金组织，并且形成颗粒状Al11Nd3相，转变β相的不连续网状为颗粒状，且变细变小；在AM60镁合金中添加0.9%钕的时候，σb=230MPa，δ=14%，σ0.2=127MPa，力学性能较好，如果继续添加钕的话，就会导致Al11Nd3针状相粗大，降低镁合金的力学性能。

参考文献

[1] 张俊远，王社斌，王帅，等.钕对AM60镁合金显微组织和力学性能的影响[J].机械工程材料，2009，33（2）：28-31.

[2] 郭端，王国军，王社斌，等.T4热处理对不同钕含量AM60镁合金显微组织和力学性能的影响[J].机械工程材料，2011，35（4）：32-37.

[3] 刘小兰.稀土元素钕含量对AM60镁合金组织和力学性能的影响[J].轻合金加工技术，2015，43（2）：62-64.

通讯作者

黄志求，（1968-），黑龙江省佳木斯人，男，研究方向为耐热镁合金

作者简介

李格格，（1994-），河南省洛阳市人，女，佳木斯大学2015级金属材料专业学生。

基金项目

2016年国家级创新创业训练计划项目（201610222009）。基金简介：黑龙江省自然基金（E201467）。