Nd含量对AM60镁合金显微组织及力学性能的影响

张春青

(承德石油高等专科学校机械工程系，河北 承德 067000)

Nd含量对AM60镁合金显微组织及力学性能的影响

张春青

(承德石油高等专科学校机械工程系，河北 承德 067000)

通过金相分析和电子拉伸等手段研究了稀土Nd的添加对AM60镁合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:稀土Nd的加入能显著提高合金的抗拉强度和延伸率。AM60合金中加入Nd后，与Al形成针状的稀土化合物Al11Nd3，使合金中的γ相Mg17Al12数量减少，合金组织得到细化。试验条件下，AM60-1.5%Nd合金具有最好的显微组织和力学性能，但Nd加入量过高，反而使合金的性能降低。

AM60镁合金;稀土Nd;显微组织;力学性能

AM60是 Mg-Al-Mn系列的压铸镁合金多用于汽车上的座位框架，仪表盘，支架，方向盘等［1］。AM60合金韧性比好于其他镁合金，但强度低。目前，常采用合金化［2-5］的方法提高镁合金的性能。其中稀土是镁合金常用的一种添加元素，而且国内外也有部分研究，本文研究了单一稀土元素Nd含量对AM60铸造镁合金的组织和力学性能的影响，为AM60镁合金的性能的提高提供理论支持。

1 试样制备与试验方法

1.1 试验材料准备

以镁、铝和氯化锰为原料制备AM60基体合金，添加不同含量的钕(分析纯)，共配制3种合金，其合金成分如表1所示。

试样熔炼过程:将感应炉升温到740℃，在加入镁块的同时，加入一些干燥粉(形成保护气氛)，过10 min后依次加入铝块，氯化锰粉末和钕块。等温度升高到780℃，原料已经熔化，再加入干燥粉，待熔液搅拌均匀后，静置保温30 min，出炉浇铸。采用金属型铸造(铸模150℃预热)，浇铸成梅花试棒。

表1 AM60镁合金的化学成分(质量分数，%)

1.2 试验方法

制备金相试样，采用NIKON EPIPHOT 300大型光学显微镜观察合金显微组织，按GB/T 228—2002加工标准拉伸试样(Φ8 mm×40 mm)，在CMT505A电子万能拉伸试验机上进行力学性能试验，拉伸应变速率为0.05I/S。

2 显微组织分析

图1为AM60-xNd合金的显微组织。在图1a中大块的α-Mg固溶体呈现白色，在α-Mg固溶体的晶界上产生了黑色的γ-Mg17Al12相，γ-Mg17Al12是在非平衡状态下产生的且以不规则的形状分布在晶界上。试验表明，添加稀土Nd以后，铸态的AM60合金中形成了新相Al11Nd3该新相呈现针状形态。随着合金中Nd的含量增加，显微组织变化显著，合金中的γ-Mg17Al12相数量减少，尺寸逐渐变小，Al11Nd3针状物逐渐增多(图1b、d、f)。加入1%Nd后，形成少量的Al11Nd3针状化合物;Nd含量在1.5%时，针状组织数量变多尺寸减小，在晶粒内弥散分布，γ相变得断续(图1b);Nd含量达到2.0%时，针状组织粗大并大量分布(图1c)。

3 力学性能分析

图2和表2为AM60系列合金的常温力学性能(抗拉强度和延伸率)与Nd加入量的关系。可见，随着稀土Nd加入量的增加，抗拉强度和延伸率增加，在Nd含量1.5%左右时二者大到最大，随后随着Nd含量增加，抗拉强度和延伸率都降低。

表2 铸态时镁合金的延伸率和抗拉强度

3.1 抗拉强度的分析

随着Nd含量的增加AM60合金σb有显著的提高。试验条件下，Nd含量1.5%时，抗拉强度达到最大值。随着稀土元素含量继续增长，AM60镁合金的抗拉强度开始下降。原因:合金中加入稀土Nd产生了细晶强化作用，使合金的力学性能提高。当Nd的含量达到1.5%时，合金形成了大量细小的针状物，具有钉扎晶界的作用使合金的力学性能达到最高值;当Nd的含量超过1.5%时，由于形成的Al11Nd3变得粗大，合金的抗拉强度开始下降。

3.2 延伸率的分析

随着Nd含量的增加，合金的延伸率有明显改善，试验条件下，Nd含量在1.5%时达到最高值。分析认为:一方面稀土元素化学活性强，与杂质元素有较强的结合力，而杂质元素易引起组织的疏松，稀土元素的添加，净化了合金的组织，减少缺陷的产生，从而提高了延伸率。另一方面，稀土元素的添加使Al11Nd3相数量增多，脆性γ-Mg17Al12相数量减少［6］，因此塑性得到了改善。由试验结果表明，当加入1.5%Nd时，延伸率最高，当超过1.5%时，由于Al11Nd3相形态发生变化，合金内部应力集中现象明显、延伸率下降。

4 结论

1)在由α-Mg基体相、γ-Mg17Al12相组成的AM60合金中加入稀土Nd之后发现:形成了稀土化合物Al11Nd3，且随着Nd元素的增加，γ-Mg17Al12相数量变少，尺寸减小。

2)稀土元素Nd的加入，抗拉强度和延伸率都明显提高，试验条件下在含量为1.5%时，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，胡晓菊.RE元素 Y和 Nd对Mg-6Al合金显微组织的影响［J］.特种铸造及有色合金，2004(6):29-32.

［3］黄晓锋，付彭怀，卢晨，等.Nd对 AM50力学性能及高温性能的影响［J］.材料研究学报，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元素对AM60镁合金组织及力学性能的影响［J］.中国铸造装备与技术，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

张春青(1979—)，女，山东阳谷人，承德石油高等专科学校机械工程系讲师，硕士，主要从事机械工程方面的教学工作。