电磁搅拌工艺

1、上海大学2012-2013学年秋季学期研究生课程考试小论文课程名称：材料结构性能及应用 课程编号：10SAU7003论文题目：电磁搅拌工艺制 Mg-AI-Mn-Ce镁合金组织及性能研究研究生姓名：王晓旭 学 号：12721572论文评语：成 绩： 任课教师：评阅日期：电磁搅拌工艺制备 Mg-AI-Mn-Ce镁合金的组 织及性能研究摘要：高性能镁合金的开发是当前材料研究的热点之一，为制备岀具有良好综合性能这类镁合金，本 文研究了不同含量 Ce对Mg-AI-Mn-Ce镁合金的拉伸力学性能的影响。电磁搅拌工艺处理后，通过改变Ce的含量得到不同的抗拉强度氐，屈服强度 电2。加入少量的Ce(0.5%2%

2、,质量分数 河明显细化。a-Mg基体，随Ce量增加，合金中的 性Mgi7AIi2 相数量减少，且由连续网状形态变为非连续分布。同时，Ce与合金中的AI结合形成针状或杆状的Al2Ce化合物。能谱分析和液淬显微组织观察表明，组织细化机制主要归结为Ce加入引起结晶界面前沿的成分过冷，增加均质形核的数量，显微组织的改善导致了合金的力学性能和腐蚀性能明显提高。研究结果显示：稀土元素的添加可以明显改善合金的拉伸性能。Mg-AI-Mn-Ce镁合金显微组织显示，铸态组织主要由aMg、&Mgi7Ali2和AI 2Ce强化相构成，添加稀土后晶粒明显细化，生成稀土镁化合物Al2Ce。所以晶界处强化相的数量与形态对合

3、金力学性能起较大作用。由于弥散分布的高熔点热稳定的颗粒相AI2Ce存在，对晶粒起到钉扎作用，从而与未加稀土合金相比，添加稀土后合金具有更好的力学性能。关键词：电磁搅拌工艺；稀土镁合金；力学性能Microstructure and Properties of Mg-AI-Mn-Ce Magnesium AlloyPrepared by Electromagnetic Stirring ProcessAbstract: The deveIopment of high performanee magnesium aIIoy materiaIs is a currently hotspot, for

4、gett ing good preparati on of the eomprehe nsive performa nee such magn esium aIIoy. This paper researches on the different contents of Ce on the tensiIe meehanieaI properties of Mg-AI-Mn-Ce magn esium aIIoy. After eIectromag netic stirri ng treatme nt, through cha nging the content of the Ce, it ca

5、n get differe nt state of the (*, and e. 2.Adding 0.5%-2%Ce(mass fraction)in AZ91 magnesium aIIoy can decrease obviousIy the a-Mg grain size. The morphoIogy of 3-Mg 17A112 Phase in the aIIoy changed from continuous n etwork to disc on ti nu ous one， and their amount decreased with in creas ing Ce co

6、ntent. Meanwhile，thread-Iike or needIe-Iike A1 2Ce Phases mainIy distributed at grain boundaries have been observed. EDXS and the observation of water-quenched microstructure showed that the grain refinement meehanism is attributed to the addition of Ce induced the constitution under cooli ng at sol

7、idificati on in terface front ， which in creased the nu mber of homoge neous n ueleati on. The meeha ni cal properties and corrosi on resista nt performa nee of the alloys containing Ce were improved obviously.The result shows, addi ng rare earth eleme nts can sig ni fica ntly improved the ten sile

8、properties of the alloy. Mg-AI-M n-Ce magn esium alloy microstructure showed, cast ing orga ni zati on main ly consist of the a-Mg, 3-Mg 17A112 and Al 2Ce strengthening phase composition, crystal grain was refined after adding rare earth, generating rare earth magnesium compounds Al 2Ce. So the numb

9、er of stre ngthe ning phase in gra in boun dary and form can play bigger role for meeha ni cal properties of alloys. Because of the dispersion distribution, high melting point the heat stable particles Al 2Ce in existe nee, it play a n ail pierced role of crystal grain, thus compare no add ing rare

10、earth alloy, add ing rare earth alloy has better the meeha ni cal performa nee.Keywords: EMS Process; RE magn esium alloy; meeha ni cal properties第1章绪论1.1镁及镁合金镁是银白色的金属，密度1.738g/cm熔点648.9 C。沸点1090 C。是轻金属之一同时也是实用金属中的最轻的金属，比重大约是铝的2/3,是铁的1/4。强度高、刚性高。具有延展性，无磁性，且有良好的热消散性。镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特 点是：密度小（1.8g

11、/cm3左右）比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合 金大，目前使用最广的是镁铝合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。 镁的这些优点使其被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”，并将成为21世纪重要的商用轻质结构材料1-2。镁是在自然界中分布最广的十个元素之一其应用领域十分广泛，镁主要的应用方式是 作为铝合金的添加剂，镁合金的开发和应用还具有很大的发展潜力。自1880年，德国首先把镁应用于工业领域，1900年，德国首先出现了镁合金铸件，至今世界发达国家已着手镁 合金材料的大力开发与研究，镁及镁合金被应用在航天航空、国防军工、交通运输、电子 器件壳体、体育器材和办公

12、用品等领域，加速开发镁的应用已经成为必然趋势。金属镁存在于菱镁矿（碳酸镁）MgCO 3、白云石（碳酸镁钙）CaMg（CO 3）2、光卤石（水合氯 化镁钾）KCI MgCl 2 H2O中。其资源在全球范围内十分丰富，且具有高度的可获得性（地壳2.3%,海水1.1kg/m3）3。我国是世界上镁储量最大的国家之一。据俄罗斯索里卡姆斯克镁业 （Solikamsk）统计，2009年1-6月，全球金属镁总产量为25.5万吨，其中中国金属镁产量约为21.5万吨。从全球消费水平上看，金属镁产量中的45%用于生产合金，35%用于汽车和电子行业（其中电子行业占少数）,13%用于炼钢脱硫行业，而作为还原剂在海绵钛行

13、业中的 运用占5%。我国变形镁合金材料的研制与开发，始于1960年，但国内在镁合金材料仍需要进口，民用产品尚未进行大力开发。因此，在我国具有丰富的镁资源的基础上，研究具有高技术含量，且能满足在军工、航天、运输等领域应用的一些高性能的先进变形镁合金 材料，具有重大意义。1.2压铸镁合金1.2.1 压铸镁合金的组织多数镁合金属为密排六方结构，由于六方晶系的对称性低，滑移系统少，除非使晶粒 充分细化以降低反向应力并通过晶界滑动以增强晶体旋转，否则结构镁合金在室温下的变 形总呈孪生倾向。与铝合金比较，镁合金晶粒细化对改善强度和延展性来说具有更大的潜 力，细晶结构有助于调节滑移和抑制孪晶，因此很多镁合金

14、的力学性能强烈地依赖晶粒尺 寸。枝晶臂间距的减小，也有利于改善镁合金的力学性能。研究发现，合金密度是一个重要的影响镁合金抗蠕变性能的结构敏感性特征。这种影 响随着测试持续时间的延长而有显著的增加。对于压铸镁合金来说蠕变性能由凝固组织中 宏-微观孔洞发展演化的程度所决定 5。晶粒尺寸对金属的强度影响很大。但在镁合金的高压压铸中，缩松数量与晶粒尺寸对 性能的影响同样重要。缩松使低载荷下裂纹繁殖更容易。虽然铸件中最终凝固的区域比靠近浇口的区域晶粒更粗大，但缩松是降低其力学性能的更大因素。一般来说，缩孔程度越 高，机械强度越低。1.2.2 压铸镁合金的性能当前镁合金的成形主要使用铸造工艺，镁合金的铸造

15、成形有大致分为：重力浇注；低 压铸造；半固态压铸；触变注射成形；高压铸造即通常所说的压铸方法等方法。其中高压 铸造方法特别适合镁合金铸造。现在90%左右的镁合金工程结构件是通过压铸方法制造的。镁合金的室温塑性较差，但在压应力作用下高温时具有很高的塑性，可以通过挤压、 锻压和轧制成形。此外，镁合金的切削速度大大高于其它金属，能减少切削加工时间，另 一个突出的优点是不需要磨削和抛光，不使用切削液即可得到光洁的表面。此外，镁合金 还具有流动性好、凝固快等优点，使其具有良好的铸造性能8。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90%以上是压铸件。镁合金的压力铸造比铝合金好，因为镁合金压铸件有良好的散热

16、性，散热能力比铝合金快1030%，与钢铸模不反应。而铝合金与钢铸模则反应强烈。由铝合金生产的产品的最小壁厚为1.21.5mm ,而由镁合金生产的产品的最小壁厚可以达到0.6mm，即使长时间使用，也基本上看不到变形，其尺寸稳定性能优异。当压铸压力在420MPa到500MPa之间时，铸态镁合金的力学性能最好，其中抗拉强度和伸长率最高可达 238MPa和13.6%。压铸模温度为170C时，压铸铸态镁合金的抗拉强度 可取得最大值，当压铸模温度到于190 C之后，合金的力学性能迅速降低。压射速度为2.6m/s 时，铸态镁合金的力学性能最佳9。1.3电磁搅拌技术1.3.1电磁搅拌技术介绍电磁搅拌是利用电磁

17、感应产生的电磁力来推动金属有规律的运动，减少枝状晶，增加 等轴晶率从而改善合金的微观组织形貌10。电磁搅拌技术属于半固态成型技术，由于电磁搅拌工艺具有搅拌力强、易实现三维流动、无污染，无须接触，操控简单，工艺控制精确 并且可适用于大工业生产等优点，因此在半固态金属坯料制备领域首先取得了工业应用， 并且实现了大规模产业化生产 11。同时在科研领域，材料电磁加工和电磁搅拌技术已经成 为了传统材料和新材料开发和生产领域重要的研究方向之一12。电磁搅拌器的工作原理：电磁搅拌器是由特殊的变频电源将三相交流电变成超低频的两相或三相正交的交流 电，然后利用直线异步感应电机的原理，产生方向和大小可变的行波磁场

18、，也叫平移磁场， 在磁场力的作用下，使金属液在熔炉内形成有规律的运动！从而达到对金属液的无接触搅拌。电磁搅拌器也是根据其在连铸工业流程中的位置和在连铸机上的安装位置分类的。具 体分类如下：(1) 结晶器区电磁搅拌器(M-EMS)结晶器内电磁搅拌器(M-EMSI):电磁搅拌器安装在连铸机结晶器内对结晶器内的钢液 进行搅拌。结晶器外电磁搅拌器 (M-EMSO):电磁搅拌器安装在连铸机结晶器外，对结晶器 内的钢液进行搅拌。(2) 第一足辊区电磁搅拌器 (I-EMS);电磁搅拌器安装在连铸机结晶器外第一足辊区， 对结晶器内和铸坯内未凝固的钢液进行搅拌。(3) 二冷区电磁搅拌器(S-EMS):电磁搅拌器

19、安装在连铸机二冷区，对二冷区铸坯内 未凝固的钢液进行搅拌。(4) 凝固末端电磁搅拌器 (F-EMS):电磁搅拌器安装在连铸坯凝固末端的位置，对凝 固末端铸坯内的粘稠钢液进行搅拌。在实际工业生产中，为了达到更好的效果，可以把一种或者多种电磁搅拌器组合起来 使用。1.3.2 电磁搅拌设备及技术原理电磁搅拌装置如图1-1所示13，先把铸态合金放入石墨坩埚中，再将石墨坩埚送入电 阻炉中熔炼，使之变成液态金属液，再把坩埚取出，放入到电磁搅拌机型腔中，同时用一 个不锈钢加热套套在坩埚外，将热电偶和温控仪与加热套相连，形成一个加热控温系统， 当金属液向周围散热而导致温度下降时，控温系统会自动加热以保持金属液

20、温度与预设温度相符，从而保证了金属液体的冷却速率和搅拌温度能得到精确的控制。盖上顶盖，在设 备顶端通入保护气体以防止金属液体被氧化。123456789V/7/A11181213一1阀门；2.冷却水；3.喷水孔；4.上盖板；5保护气体导气管；6控温仪；7.坩埚；8导线；9加热套;10.控温仪；11.搅拌线圈；12.外壳；13铁芯；14.外壳；15热电偶；16.耐火砖；17.支架；18.上端盖图1-1电磁搅拌装置示意图Fig.1-1.Schematic diagram of electromagnetic stirring device.当金属液温度接近液相线温度时，开启电磁搅拌器，对金属液进行电

21、磁搅拌。在搅拌 过程中，我们要对搅拌温度，搅拌强度，冷却速率和固相分数进行严格的控制。其中冷却 速率和搅拌温度，可以通过加热控温系统来对其进行精确的控制，而搅拌强度由磁场强度 决定，可以通过对电流的控制来对磁场强度进行控制，进而控制搅拌强度。根据Scheil公式14可知，金属液的温度决定了固相分数的大小。在电磁搅拌器内部根据金属液受到剪切力的作用大小不同，可以把整个搅拌区域分为 三个部分，分别为边界区I,剪切区n和自由区川。如图1-2所示15。由于剪切区内流体受到的剪切作用最大，所以金属液会产生较多的湍流运动，以积分尺度为界可以将电磁搅 拌装置中湍流脉动划分为大尺度涡旋区、惯性过渡区及小尺度耗

22、散区等三部分。不同尺度 和幅度的脉动由相似律联系在一起，形成了一个层次结构，使湍流分布在统计意义上成为 一个完整的自组织体系。通过对搅拌温度，搅拌强度进行适当控制，可实现在金属液内部形成尺度适宜的湍流 场结构以及湍流扩散运动，从而使湍流运动形成的涡旋与固相晶粒发生交互作用，对浓度 场、温度场的均匀化起到了促进作用，最后达到控制金属凝固的目的。图1-2搅拌湍流区域分类Fig.1-2.Classification of mixing turbulent area.1.3.3电磁搅拌对材料组织与合金性能的影响Flemings等16-18研究表明，当固相率达到3%7%时，搅拌作用不再对最终显微组织产生

23、影响或影响甚微。此外Flemi ngs19定性地提出，随着剪切速率、剪切时间的增加以及冷却速率的降低，非树枝晶组织的演变为初生枝晶一一进一步长大后的枝晶 一一蔷薇状枝晶熟化蔷薇状晶粒 一一球状晶粒，如图 1-3所示。随着电磁搅拌频率的增加，电磁搅拌 对镁合金熔体的剪切强度越来越大，从而促使a-Mg相由树枝状转变为球状。当电磁搅拌频率高于20Hz时，镁合金熔体所受的对流强度较大，改变了传统的凝固条件，镁合金熔体的 温度场、溶质场分布均匀，aMg相被破碎的较多，形成了更多有效形核核心，根据Maxwell等27-28的理论，当形核质点数较少时，晶粒数随着形核质点数的增加而线性增加；同时由 于强对流作

24、用而使aMg相相互之间、与坩埚壁之间不断碰撞、冲刷29-32，都会对a-Mg相的细化与球状晶的形成具有很强的促进作用，因此，细化了a-Mg相尺寸。同时由于 a-Mg相受到强对流作用的冲刷和均布温度场、溶质场的影响，其形貌相对圆整。当电磁搅拌频 率高于20Hz时，电磁搅拌频率对 a-Mg相大小的影响不明显，其晶粒尺寸在7080叩 之间； 但是，对a-Mg相的形貌影响仍然很大，其形状因子由20Hz时的0.8左右到30Hz时的接近0.9 o(C)初T枝花切生枝花初生枝花(盯初生枝花(巧初生枝花图1-3非树枝晶的转变过程Fig .1-3 .The change of branch crystal pr

25、ocess.研究表名电磁搅拌工艺对镁合金的室温力学性能的影响，如图1-4所示。温降速率为2.0C/s时制备镁合金的抗拉强度接近180MPa，提高了 25%以上，同时其伸长率由2.8%提高到4.8% ;而温降速率为 0.15C /s时制备镁合金的抗拉强度大概为160MPa,提高了将近15%，伸长率提高到3.6%。根据Hal-Petch关系式可知，当晶粒尺寸减小时，晶体比表面积 增加，使表面力(表面张力与周围晶粒的相互作用力)增加20。此外，B相在a-Mg相边界上的连续网状分布有利于增强对晶粒的钉扎作用21。因此，电磁搅拌工艺获得的镁合金力学性能有所提咼。(ffr坐垂el- 4 3 2 1 O冷却

26、速率小冷却速率大图1-4熔体处理工艺对镁合金力学性能的影响Fig .1-4.M elt processing technology on mechanical properties of magnesium alloys形状因子的计算公式36如下:(1-1)式中：S为晶粒的表面面积，P为晶粒的表面周长。其中形状因子0Fc1，其值越接近1则表示该晶粒的形状越接近球状，若 Ec等于1, 这说明该晶粒为球状，而形状因子大约为尸0.时S则表示该晶粒为树枝晶状。表1-2为不同 Fc值所对应的晶粒形貌。c P2表1-2形状因子与晶粒形貌对应关系图Table .1-2 .Relationship diagr

27、am of shape factor and the grain morphology corresponding.Fc 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0如* MI y 图1-5为齐祥超等人通过对形状因子以及金相形貌的分析，来定量分析电磁搅拌对铸态组织的细化晶粒效果。其研究结果表明，电磁搅拌可以使AZ91D镁合金中的a-Mg相的晶粒尺寸从530 m细化到80卩叫 且形状因子从0.1 （枝状晶）上升到了 0.9 （类球状晶）。在 对合金性能影响方面，把AZ91D镁合金的抗拉强度由 140MPa左右提高到大概180MPa左右，伸长率由2.8%提高到4.8%。门门叩上此!

28、I冇（c）2DIJz（dl 151 lz（c101 Iz图1-5电磁搅拌工艺对镁合金组织性能的影响Fig.1-5.Electromagnetic stirring process on the effect on the properties of magnesium alloy organization1.4镁合金拉伸力学性能目前镁合金的研究热点主要集中在以下四个方面：（1）非晶态镁合金；（2 ）镁基复合材料；（3）高强耐热稀土镁合金；（4）其它一些功能材料。镁合金的低熔点（约为650C）限制了它的工作温度。镁要保持相对于铝合金的优势就 要通过合金化技术来提高其工作温度。金属材料在高温下的机

29、械性能不同于常温，因为温度对其影响很大，主要体现在以下 几个方面：（a）般来说，金属形变抗力随温度提高而下降。（b）构件产生蠕变和应力松弛现象。所谓蠕变，指在高温和持续载荷下金属材料产生随 时间而发展的塑性变形的现象，所谓应力松弛，则指在载荷作用下产生一定变形的构件，其应力随时间逐渐减小的现象。(C)长时间处于高温环境下的合金其组织有可能发生变化，这包括发生冷加工组织回复 和再结晶，固溶体脱溶反应，第二相聚集，长大，球化，碳化物石墨化等。持续的应力作 用能加速转变或使这些转变产物在金属内部择优分布，这样，金属力学性能会随之变化。 镁合金的耐高温性能可通过添加混合稀土或单一稀土元素来改善。第2章

30、 实验内容及实验方案2.1实验材料实验过程中采用材料为纯 Mg、纯Al、纯Mn和含稀土元素 Ce的Mg-Ce中间合金，来 制备不同Ce含量的Mg-Al-Mn-Ce合金。所制备合金中 Al的含量为5.12wt%、Mn含量为 0.24 wt% , Ce分别为1%和2%，杂质v 0.1 wt% , Mg为余量，其化学成分含量如表 2.1所 示。表2-1实验材料的化学成分(wt%)Table.2-1.the chemical composition of experiment material.(wt %)合金元素AlMnCeMg试样一5.120.240.01余量试样二5.120.240.02余量2.

31、2实验内容及方法 2.2.1镁合金的熔炼(1) 熔炼：先接通电阻炉电源，并将其升温到650 C,再把清理干净的坩埚放入炉中预热30min。待电阻炉温度升高到700 C左右时把干锅取出。把定量的纯Mg和纯Al放入坩埚中，使合金在此温度下加热熔化，同时向坩埚中通入已准备好的保护气体(为0.2%的SF6和N2组成的混合气体)；当纯Mg和纯Al完全熔化后，加入纯Mn和Mg-Ce中间合金， 为了使其溶解均匀，待其全部熔化后进行搅拌，然后保温大约半小时，撇去镁液表面的氧化物和熔渣。(2) 浇铸：本实验设定的浇注温度为690 C。熔炼结束后，从电阻炉中取出坩埚，并将镁液连续地浇入石墨坩埚内，浇注成直径为12

32、0mm左右的合金锭。用同样的方法制备含 2%Ce的Mg-Al-Mn-Ce合金。2.2.2镁合金的电磁搅拌将熔炼好的Mg-Al-M n-Ce镁合金放在坩埚中，再把坩埚放入电磁搅拌器中，并启动电 磁搅拌装置对合金进行搅拌。完成设定的搅拌时间后立即关闭电磁搅拌器，让合金冷却至 室温即可得到搅拌后 Mg-AI-Mn-Ce镁合金。2.2.3 电磁搅拌后镁合金拉伸试样的制备实验所用拉伸试样是由线切割机器线切割而成的，每组成分分别切割6个试样，其形状和尺寸如图2-1所示，通过机械加工方法获得拉伸试样两端夹持部分的螺纹。为了去除机械加工划痕，确保试样标距及过渡弧部分的光洁度，分别用400#、50#、28#、1

33、4#、5#砂纸对试样标距及过渡弧部分进行磨光，直至试样表面没有多余的划痕。待试样磨完后，用游标卡尺测量并记录下规定实际部分的尺寸。图2-1拉伸试样形状及尺寸(mmFig.2-1.The shape and size of tensile specimen.(mm)224 电磁搅拌后镁合金的拉伸性能测试本实验的拉伸性能测试是在CSS-55100型高低温电子万能试验机上进行的，拉伸实验中在室温下采用位移控制模式，应变速率为n。做拉伸试验之前要用粗砂纸将试样进行打磨光滑，实验数据可通过自动数据采集系统MTS TESTW0RK4做相应记录，该实验数据在后面的计算和处理过程中会用到，由此可知道每种合金在

34、不同处理状态下对应的室 温抗拉强度及屈服强度。第3章实验结果与分析3.1拉伸试验结果与分析3.1.1电磁搅拌后Mg-Al-Mn-Ce镁合金的屈服强度和抗拉强度曲线将实验得到的数据输入到Origin7.0中，画曲线的切线，然后将切线向右平移0.2%。如图3-1、图3-2，由图可以看出，试样被拉断时，断裂是突然的、快速的进行的，所以此镁 合金材料属于脆性材料。镁合金的抗拉强度和屈服强度都是和元素的含量成线性相关的， Ce的含量越高，抗拉强度和屈服强度都越大。3.2.2 电磁搅拌后Mg-Al-Mn-Ce镁合金的拉伸性能与分析表3-1为不同Ce含量的Mg-Al-Mn-Ce镁合金的屈服强度和抗拉强度。由

35、表可知，Ce加入对合金的力学性能产生了显著的影响，合金的抗拉强度、屈服强度和硬度随Ce添加量增加而提高，在 Mg-Al-Mn-Ce中加入Ce后，铸态组织中的B相由连续网状、块状变为断续网状或粒状，且分布更趋均匀，有利于显微组织的改善，B相通常沿晶界产生不连续沉定析出和晶内连续沉定析出，Ce量的增加导致不连续沉定析出明显减少，相应地晶内析出增多，有效地强化了基体。1441420.100.120.140.16 0.180.20X Axis TitleCe 含量：wt%图3-1电磁搅拌后Mg-AI-Mn-Ce镁合金抗拉强度曲线Fig.3-1.The tensile strength curve of

36、 Mg - Al - Mn - Ce magnesium alloy after electromagnetic stirring.m-CsIYarM 度强服屈0.100.120.140.16 0.180.20X Axis TitleCe含量：wt%图3-2电磁搅拌后Mg-Al-Mn-Ce镁合金屈服强度曲线Fig.3-2.The yield strength curve of Mg - Al - Mn - Ce magnesium alloy after electromagneticstirring.表3-1不同Ce含量的Mg-Al-Mn-Ce镁合金的屈服强度和抗拉强度Table.3-1.D

37、ifferent Ce content of Mg - Al - Mn - Ce magnesium alloy yield strength and tensile strength.Ce含量抗拉强度:b(Mpa)屈服强度O0.2(Mpa)1%142.3598.452%156.82113.67323 电磁搅拌后Mg-AI-Mn-Ce镁合金拉伸断口形貌分析图3-2为Mg-AI-Mn-Ce镁合金拉伸断口微观形貌图，由图可以看出，不同Ce含量的Mg-AI-M n-Ce 镁合金断口上除了存在撕裂棱和韧窝外，还出现准解理面，说明它们在室温 下的拉伸断裂均属于韧性和脆性混合断裂。同时可以看出，Ce含量越

38、多，断口处撕裂棱越大，相反，合金断口处变成细小的撕裂棱。在铸态镁合金中加入 1% 2%Ce可明显细化a-Mg晶粒，J3-Mg 17A112相由网状或块状变 成弥散分布的粒状，组织细化，经电磁搅拌后，晶界出现了许多第二相，一般认为是 Al 2Ce和Mg 17A112的混合物，而分布在晶界与晶内处的白色小块状物即为Al 2Ce。铸态镁合金中加入 Ce后，断口出现撕裂棱和微小的韧窝，同时还有细小的解理台阶存 在，整个断口显示出准解理断裂的特征。*11IrWOurn图(a)电磁搅拌后1%Ce含量的Mg-AI-Mn-Ce镁合金拉伸断口形貌n.5mm SE13 43 lOOurn图（b）电磁搅拌后2%Ce

39、含量的Mg-AI-Mn-Ce镁合金拉伸断口形貌图3-3不同Ce含量的Mg-AI-Mn-Ce镁合金拉伸断口微观形貌Fig.3-3.Different Ce content of Mg - Al - Mn - Ce the tensile fracture microstructure of magnesium alloy.对于Mg-AI-Mn-Ce 镁合金而言，宏观上拉伸断裂处均未发生明显的颈缩现象。图3-6为电磁搅拌后含1%Ce的Mg-AI-Mn-Ce 镁合金拉伸断口形貌和含2%Ce的Mg-AI-Mn-Ce镁合金拉伸断口形貌。从图3-3可以看出，Mg-AI-Mn-Ce镁合金的拉伸断口是以解理断

40、裂为主的脆性断裂，还存在着局部的沿晶断裂，表现为既有解理台阶又存在细小撕裂棱及韧窝 的混合断裂特征。加入稀土Ce后拉伸断口形貌有所变化，含1%Ce的Mg-AI-Mn-Ce镁合金拉伸断口(图a)韧窝数量明显增多，韧窝直径变小且深度较大，解理面变得细小，在断口 的韧窝底部存在引起裂纹源的夹杂物或第二相粒子，这说明断口韧性断裂比例明显增大， 添加1%Ce的Mg-AI-Mn-Ce镁合金的室温抗拉强度与屈服强度都有明显提高。随着稀土含 量的进一步增加，稀土镁合金的断口由韧窝特征向混合断口转化(图b)，而合金的室温力学性能又呈下降趋势。拉伸断裂时初始裂纹一般起源于粗大的化合物，特别是晶界处的化合物，且化合

41、物的 尺寸决定合金中裂纹的产生和扩展的能力，化合物越粗大，裂纹越容易产生和扩展，合金 的强度和延伸率越低。对于 Mg-AI-Mn-Ce镁合金，3-Mg 17A112大多集中在晶界处，析出时 形状不规则，加上 3-Mg仃Al 12相为立方点阵结构，与aMg晶体结构不同。室温下镁的滑移系只有3个，立方结构的3Mgi7Ali2尽管滑移系较多，但启动这些滑移系所需的剪切应力较大，所以两者在室温下均属难以变形的体系，拉伸变形过程中裂纹就易在a-Mg与3-Mgi7AIi2的界面处或3-Mg 17A112本身萌生，裂纹不断扩展而导致材料断裂。加入Ce后，立方结构的 3Mg 17A112相数量减少，形成不连续

42、的、短小的3Mg17AI12相；同时，生成的AI-Ce化合物增加了异质形核的机会，细小的晶粒使位错塞积所产生的正应力随之降低，出现撕裂棱和韧窝，使合金的断裂机制由解理断裂转变为准解理断裂。断口特征表现为准解 理与局部韧性断裂的混合，这也是延伸率提高的原因。电磁搅拌后的 Mg-AI-Mn-Ce 镁合金，Ce的含量越高，晶粒的细化效果能越好，同时 Ce对显微组织的细化作用有利于提高合金的力学性能。第4章结论(1)电磁搅拌可以改善重熔层金属的结晶形态，细化晶粒，促使重熔层组织分布均匀化。2)经电磁搅拌后，晶界出现了许多第二相，一般认为是ACe和Mg 17A112的混合物，而分布在晶界与晶内处的白色小

43、块状物即为AI 2Ce。(3) Ce的含量越高，晶粒的细化效果能越好，抗拉强度和屈服强度越大，断口处撕裂棱越 大。参考文献1 陈培生，孙扬善，隽海昌，等.变形镁合金的研究和开发J.中国有色金属学报，2000 10(2): 149.2 吕宜振，瞿春泉，王渠东,等.压铸镁合金的应用现状及发展趋势J.铸造,1998, 12.3 Asm International, Magnesium and Magnesium Alloy M.OH: Metal Park, 1999, 1.4 刘勤.金属的超塑性M.上海：上海交通大学岀版社,1989.5 刘正，张奎，曾小勤.镁基轻质合金理论基础及其应用M.北京：机

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