稀土Ce对ZK20镁合金组织与性能的影响
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挤压时， 坯 料在模 具 加热 炉 中以 ４ ０ ０。 Ｃ保温 ２ ～３ ｈ ， 挤
１ 引 言
人类 对能 源需 求 的不 断 增 加 ， 而 未 来 数 十 年 世 界 石油 产 出量可 能 达 到 极 限 ， 促使 人 们 考 虑 降 低 交 通 工 具能耗 ， 以减轻 对石 油 为主 的燃 料 的依 赖口 。 ］ 。汽 车减 重是 一项 重要 举 措 ， 根据每辆车减重 ４ ０ ｋ ｇ和 公 认 的
经验 ， 质量 降低 １ Ｏ ９ ／ ６ ， 可节油 ７ ９ ／ ６ 左 右 。Ｍｇ是 最 轻 的 结构金 属 ， 其合 金是 理 想 的 汽车 减 重 材 料 ， 在北美 、 欧 洲 和 中国 ， Ｍｇ在 汽 车 上 的应 用 不 断 增 加 ＿ ４ ］ 。但镁 合
在 实验 范 围 内（ Ｏ ～ ０ ． ６ ８ Ｃ ｅ （ 质 量 分数 ， 下 同） ） ， 随 着
Ｃ ｅ的 添 加 ， 合金 中出现 的含 Ｃ ｅ 合 金 相 ｒ相 不 断 增 多 ，
形 态 向不连 续 网状 及 网状 转 变 ， 合金经热挤 压后， Ｃｅ
元 素能 改善合 金 的再 结 晶程 度 ， 晶粒 尺寸 随 Ｃ ｅ添加 量
压 筒设定 温 度为 ３ ９ ０℃ ， 挤压 速度 为 ３ ～５ ｍ／ ｍｉ ｎ 。
表 １ 实 验 合 金 的 化 学 成 分
Ｔａｂ ｌ ｅ １ Ｃｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｌ ｌ ｏ ｙｓ
李
权 等： 稀土 ｃ ｅ 对 Ｚ Ｋ２ ０ 镁 合 金 组 织 与 性 能 的 影 响
文章 编号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） 增刊 （ Ⅱ） 一 ０ ２ ５ ３ — ０ ６
稀土 Ｃ ｅ 对 Ｚ Ｋ２ ０镁 合 金 组 织 与性 能 的影 响
李 权 ， 彭 建 ， 程 仁 菊 ， 刘 文君 ， 曾 斌 ， 蒋显 全 ， 潘 复 生 ，
（ １ ．重 庆 市科学 技术 研究 院 ， 重庆 ４ ０ １ １ ２ ３ ； ２ ．重庆 大学 材 料科 学与 工程学 院 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ４ ）
摘 要 ： 研 究 不 同含 量 的稀 土元 素 Ｃ ｅ对 Ｚ Ｋ２ ０镁 合 金组织、 力 学性 能 以及 热 变形 行 为的影 响 ， 通 过采 用常 规 金相 、 Ｘ射线、 Ｓ Ｅ Ｍ、 ＸＲ Ｄ 分析 ， 以及 常 温拉 伸 和 热 少 而塑性 变形 能力 不及 Ａｌ 和钢 ， 增 加 了镁 合金 塑 性加 工 的难度 和生 产 制 备成 本 ， 为此 近 年 的新 型镁 合 金 开 发研 究 ， 已经 开始 重 视 在 保证 强 度 的 同时 提 高变 形 镁
的 增加 不断 变 小 ， 其中 Ｃ ｅ添 加 量 为 ０ ． ７ 的 合 金 挤 压
态 力学性 能 最佳 ， 其 室温抗拉 强度 为 ２ ６ １ ＭＰ ａ ， 屈服 强
度为 １ ９ ８ ＭＰ ａ ， 延 伸率 为 ２ ４ ． ６ 。２ ８ ０℃ ×４ ｈ的 退 火 工 艺能使挤 压 态合金 的 强度 和 塑性 提 高， 其 抗 拉 强 度 达到 ２ ７ ２ ＭＰ ａ ， 屈服 强度 达 到 ２ ０ ９ ＭＰ ａ ， 延 伸 率 为
模 拟 压缩 实验 ， 分析 ｃ ｅ 元 素在 ｚ Ｋ ２ Ｏ镁合 金 中的存 在
形 式及 其对 合 金 组 织和 性 能 的作 用 机 制 。 结果 表 明 ，
合金 的热 加工 塑 性及 室 温塑 性 ， 解 决 的途 径是 通 过 变 形镁 合金 中合 金 相 的设 计 和 采 用 新 变形 工 艺 等 方 式 。 在 镁合 金 中添 加稀 土 元 素 ， 除 了细 化 作用 和合 金 相 强 化 作用 外 ， 还可 改善镁 合金 的热 加工 塑性 ， 提 高热 变 形 速率 ， 进 而 降低 镁 合 金 热 变形 制 品的 加 工 成 本 。稀 土 元素 Ｃ ｅ原子 扩散 能 力 差 ， 是 最 有效 的合 金 元 素 之 一 ， 既 可 以提高 镁合 金 再 结 晶 温度 和减 缓 再 结 晶过 程 ， 又 可 以析 出非 常稳 定 的 弥 散粒 子 ， 大 幅度 提 高 镁 合 金 的 高 温强度 和 蠕变抗 力［ １ ２ － １ ３ ］ 。本 文研究 不 同含 量 的稀 土 元素 Ｃ ｅ对 Ｚ Ｋ２ ０镁 合金 组织 和 力学 性 能 ， 以及热 变形 特 点 的影 响 ， 分析 Ｃ ｅ 在Ｚ Ｋ２ ０镁 合 金 中 的存 在形 式 及 其对 合金 组织 和性 能作 用机 制 ， 为优化 稀土元 素 Ｃ ｅ在 Ｚ Ｋ２ ０镁 合金 中的添加 量提供 实验 依据 。
２ ６ 。Ｃ ｅ的加 入 能 使 Ｚ Ｋ２ Ｏ合 金 由脆 性 断 裂 向 部 分
韧 窝的混合 断裂转 变 。 关 键词 ： 镁 合金 ； 均 匀化 ； 显微 组 织 ； 挤 压
中图分 类号 ： 文献 标 识码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ ０ １ ３ ． 增刊（ Ⅱ） ． ０ １ ８
２ 实 验
采 用水 冷 半 连 续 铸 造 系 统 浇 铸 含 不 同质 量 分 数 Ｃ ｅ的 Ｚ Ｋ２ ０镁合 金半 连 续铸 坯 ， 各 合 金 的化学 成 分 见 表 １ 所 示 。将 浇铸 所 得 试 样 在 风 循 环 的 １ ２ ｋ ｗ 箱 式 电阻 炉 中进 行 ， ４ ２ ０。 Ｃ×１ ０ ｈ均 匀化 退火 处 理后 ， 将 铸 锭 剥皮 ， 并在 ５ ０ ０ ｔ 卧式 挤 压机 上 进 行挤 压 生 产 实 验 ，
１ 引 言
人类 对能 源需 求 的不 断 增 加 ， 而 未 来 数 十 年 世 界 石油 产 出量可 能 达 到 极 限 ， 促使 人 们 考 虑 降 低 交 通 工 具能耗 ， 以减轻 对石 油 为主 的燃 料 的依 赖口 。 ］ 。汽 车减 重是 一项 重要 举 措 ， 根据每辆车减重 ４ ０ ｋ ｇ和 公 认 的
经验 ， 质量 降低 １ Ｏ ９ ／ ６ ， 可节油 ７ ９ ／ ６ 左 右 。Ｍｇ是 最 轻 的 结构金 属 ， 其合 金是 理 想 的 汽车 减 重 材 料 ， 在北美 、 欧 洲 和 中国 ， Ｍｇ在 汽 车 上 的应 用 不 断 增 加 ＿ ４ ］ 。但镁 合
在 实验 范 围 内（ Ｏ ～ ０ ． ６ ８ Ｃ ｅ （ 质 量 分数 ， 下 同） ） ， 随 着
Ｃ ｅ的 添 加 ， 合金 中出现 的含 Ｃ ｅ 合 金 相 ｒ相 不 断 增 多 ，
形 态 向不连 续 网状 及 网状 转 变 ， 合金经热挤 压后， Ｃｅ
元 素能 改善合 金 的再 结 晶程 度 ， 晶粒 尺寸 随 Ｃ ｅ添加 量
压 筒设定 温 度为 ３ ９ ０℃ ， 挤压 速度 为 ３ ～５ ｍ／ ｍｉ ｎ 。
表 １ 实 验 合 金 的 化 学 成 分
Ｔａｂ ｌ ｅ １ Ｃｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｏｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｌ ｌ ｏ ｙｓ
李
权 等： 稀土 ｃ ｅ 对 Ｚ Ｋ２ ０ 镁 合 金 组 织 与 性 能 的 影 响
文章 编号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） 增刊 （ Ⅱ） 一 ０ ２ ５ ３ — ０ ６
稀土 Ｃ ｅ 对 Ｚ Ｋ２ ０镁 合 金 组 织 与性 能 的影 响
李 权 ， 彭 建 ， 程 仁 菊 ， 刘 文君 ， 曾 斌 ， 蒋显 全 ， 潘 复 生 ，
（ １ ．重 庆 市科学 技术 研究 院 ， 重庆 ４ ０ １ １ ２ ３ ； ２ ．重庆 大学 材 料科 学与 工程学 院 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ４ ）
摘 要 ： 研 究 不 同含 量 的稀 土元 素 Ｃ ｅ对 Ｚ Ｋ２ ０镁 合 金组织、 力 学性 能 以及 热 变形 行 为的影 响 ， 通 过采 用常 规 金相 、 Ｘ射线、 Ｓ Ｅ Ｍ、 ＸＲ Ｄ 分析 ， 以及 常 温拉 伸 和 热 少 而塑性 变形 能力 不及 Ａｌ 和钢 ， 增 加 了镁 合金 塑 性加 工 的难度 和生 产 制 备成 本 ， 为此 近 年 的新 型镁 合 金 开 发研 究 ， 已经 开始 重 视 在 保证 强 度 的 同时 提 高变 形 镁
的 增加 不断 变 小 ， 其中 Ｃ ｅ添 加 量 为 ０ ． ７ 的 合 金 挤 压
态 力学性 能 最佳 ， 其 室温抗拉 强度 为 ２ ６ １ ＭＰ ａ ， 屈服 强
度为 １ ９ ８ ＭＰ ａ ， 延 伸率 为 ２ ４ ． ６ 。２ ８ ０℃ ×４ ｈ的 退 火 工 艺能使挤 压 态合金 的 强度 和 塑性 提 高， 其 抗 拉 强 度 达到 ２ ７ ２ ＭＰ ａ ， 屈服 强度 达 到 ２ ０ ９ ＭＰ ａ ， 延 伸 率 为
模 拟 压缩 实验 ， 分析 ｃ ｅ 元 素在 ｚ Ｋ ２ Ｏ镁合 金 中的存 在
形 式及 其对 合 金 组 织和 性 能 的作 用 机 制 。 结果 表 明 ，
合金 的热 加工 塑 性及 室 温塑 性 ， 解 决 的途 径是 通 过 变 形镁 合金 中合 金 相 的设 计 和 采 用 新 变形 工 艺 等 方 式 。 在 镁合 金 中添 加稀 土 元 素 ， 除 了细 化 作用 和合 金 相 强 化 作用 外 ， 还可 改善镁 合金 的热 加工 塑性 ， 提 高热 变 形 速率 ， 进 而 降低 镁 合 金 热 变形 制 品的 加 工 成 本 。稀 土 元素 Ｃ ｅ原子 扩散 能 力 差 ， 是 最 有效 的合 金 元 素 之 一 ， 既 可 以提高 镁合 金 再 结 晶 温度 和减 缓 再 结 晶过 程 ， 又 可 以析 出非 常稳 定 的 弥 散粒 子 ， 大 幅度 提 高 镁 合 金 的 高 温强度 和 蠕变抗 力［ １ ２ － １ ３ ］ 。本 文研究 不 同含 量 的稀 土 元素 Ｃ ｅ对 Ｚ Ｋ２ ０镁 合金 组织 和 力学 性 能 ， 以及热 变形 特 点 的影 响 ， 分析 Ｃ ｅ 在Ｚ Ｋ２ ０镁 合 金 中 的存 在形 式 及 其对 合金 组织 和性 能作 用机 制 ， 为优化 稀土元 素 Ｃ ｅ在 Ｚ Ｋ２ ０镁 合金 中的添加 量提供 实验 依据 。
２ ６ 。Ｃ ｅ的加 入 能 使 Ｚ Ｋ２ Ｏ合 金 由脆 性 断 裂 向 部 分
韧 窝的混合 断裂转 变 。 关 键词 ： 镁 合金 ； 均 匀化 ； 显微 组 织 ； 挤 压
中图分 类号 ： 文献 标 识码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ ０ １ ３ ． 增刊（ Ⅱ） ． ０ １ ８
２ 实 验
采 用水 冷 半 连 续 铸 造 系 统 浇 铸 含 不 同质 量 分 数 Ｃ ｅ的 Ｚ Ｋ２ ０镁合 金半 连 续铸 坯 ， 各 合 金 的化学 成 分 见 表 １ 所 示 。将 浇铸 所 得 试 样 在 风 循 环 的 １ ２ ｋ ｗ 箱 式 电阻 炉 中进 行 ， ４ ２ ０。 Ｃ×１ ０ ｈ均 匀化 退火 处 理后 ， 将 铸 锭 剥皮 ， 并在 ５ ０ ０ ｔ 卧式 挤 压机 上 进 行挤 压 生 产 实 验 ，