混合稀土及热处理对镁合金力学性能的影响获奖科研报告

混合稀土及热处理对镁合金力学性能的影响获奖科研报告

摘

要：随着航天产品对环保及轻质化的要求越来越高，新型材料不断涌出，镁合金材料具有比重轻、电磁屏蔽能力强等优点，但其力学性能未能达到航天产品的使用需求，以镁合金材料为代表设计相应的试验方案和思路对不同混合稀土比例和热处理后对镁合金样品力学性能和组织的影响。经检测可知，当混合稀土比例为1.6%时所得镁合金的力学性能和均匀性最佳，而且采用固溶处理和失效处理工艺进行热处理能够明显提升镁合金的力学性能和内部组织的均匀性。

关键词：镁合金，力学性能，内部组织，热处理，混合稀土

引言

各种新型能源材料不断涌现出来，逐渐成为航天领域的主力军。镁合金作为新型能源材料的一种，其在能源材料中具有十分重要的地位，且其应用前景也非常可观。目前，镁合金被广泛应用于汽车制造行业、电子工业、医药化工等领域。但是，由于镁源于的活性较高，导致镁合金虽然能够解决减重的问题，但是其力学性能、环境适应性以及耐腐蚀性能还需进一步提升，以保证其能够应用于更加严苛的环境和更广的领域[1]。本文将着重研究混合稀土和热处理工艺对镁合金力学性能的影响。

1试验设计

1.1试验设计总体思路

对当前可能影响镁合金力学性能的稀土元素进行调研，并将不等量的稀土元素加入制备镁合金的原料中。对制备所得的镁合金样品采用超声波熔融处理，并基于电子显微镜、扫描电竞等观察设备对镁合金样品的化学成分、金相组织以及其在常温和高温下的抗拉强度、硬度等力学性能进行测试，最终得出不同比例的稀土元素对镁合金力学性能的影响机理[2]。

对上述所得镁合金样品采用不同的热处理工艺（固溶强化和时效强化）后，对比热处理后镁合金的性能，最终得出不同热处理工艺对镁合金力学性能的影响机理。

1.2镁合金样品的制备

以AM60B镁合金为原料，期间将氮气作为反应的保护气体，将镁合金原料通过电阻炉加热至720℃，待完全熔炼后加入一定比例稀土元素，并在机械搅拌的作用下将镁合金原料和稀土元素进行充分混合。保温10min后，通过压铸机将上述混合物压铸成棒状样品，样品的尺寸及形状如图1所示：

如图1所示制备所得的镁合金中稀土元素的添加范围为0-2.5%。为了避免镁合金在制备过程中由于熔炼和压铸等工艺导致镁合金样品中的组织不均匀，将上述镁合金样品采用固溶处理和人工时效的工艺进行热处理[3]。

1.3测试设备

本文着重对镁合金的力学性能及其微观组织进行检验，涉及到的测试设备如表1所示：

2混合稀土对镁合金组织及力学性能的影响

2.1混合稀土对镁合金组织的影响

采用光学显微镜、能谱仪以及扫描电镜等设备对未加入混合稀土和加入不同比例混合稀土镁合金的显微组织进行观察，得出如下结论：

（1）当加入混合稀土的比例为1.6%时，所得镁合金的显微组织结构最为均匀，且所得样品的得到细化，

（2）当加入混合稀土的比例为1.9%时，所得镁合金样品的晶粒虽然小，但是其内部混合稀土出现偏聚粗化的现象，并有一些网状化合物析出，

（3）当加入混合稀土的比例大于2%时，所得镁合金样品被分割为多个不规则的区域，并析出大面积的稀土混合物，即镁合金样品的均匀性较差[4]。

2.2混合稀土对镁合金力学性能的影响

经对不同混合稀土比例下镁合金抗拉强度、延伸率以及维氏硬度进行检测后得出如下结论：

（1）当混合稀土的比例为1.6%时，所得镁合金的抗拉强度值最大，且最大值为249.96MPa。1.6%为镁合金抗拉强度变化的一个拐点，当小于1.6%时随着比例的增加抗拉强度增加，当大于1.6%时随着比例的增加抗拉强度减少，

（2）同样，对于延伸率和维氏硬度而言，当混合稀土比例为1.6%时为其两性能变化的拐点，其变化趋势与抗拉强度一直。

通过检测可知，混合稀土的比例为1.6%时，所得镁合金样品的力学性能最佳。

3热处理对镁合金组织及力学性能的影响

3.1热处理对镁合金力学性能的影响

将所得镁合金样品采用固溶处理和时效处理相结合的工艺进行热处理[5]，并对热处理后样件的抗拉强度、延伸率进行检测后得出如下结论：

（1）镁合金样件热处理后，其抗拉強度的最大值同样出现在混合稀土比例为1.6%时。不同的是，热处理后镁合金样件的抗拉强度最大值为266.38MPa，与尚未热处理的249.96MPa相比较得到明显提升。

（2）同样对于延伸率这一项考核指标而言，热处理后该项指标的最大值同样出现在混合稀土比例为1.6%时，其热处理后该项指标的最大值与未热处理该项指标的最大值上浮了30%。

3.2热处理对镁合金组织的影响

经对所得镁合金样件热处理后，同比例混合稀土所得镁合金的合金偏析现象得到一定的改善，固溶处理能够将混合稀土更加均匀的分布在镁合金中。

4总结

航天产品的生产制造中，对环保型、轻质化的材料愈发关注，各种新型能源材料不断涌现出来，并在相应的行业中占据主导地位。但是，尽管新型能源材料能够在