Ce、Er及超声处理对AS31合金组织及性能的影响

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AS系镁合金在常温下具有高强度、高硬度、高弹性模量,因而被广泛的应用在航空和汽车工业领域。在传统铸造工艺下,Si在合金中形成的Mg2Si相往往呈粗大汉字状常分布于晶界处,容易对基体产生割裂作用,严重损害其性能。研究表明,在 AS系镁合金引入稀土元素或施加外场处理,可优化合金的组织与性能。本文以AS31合金为研究对象,通过分别引入稀土Ce、Er和超声处理,探讨了稀土变质和不同超声工艺处理对AS31合金组织及性能的影响,研究结果表明:  1)在AS31合金中引入稀土 Ce,合金中的共晶 Mg2Si相的形貌、尺寸和分布得到了有效改善。随着稀土Ce的增加,共晶Mg2Si相的尺寸呈先减小后增大的趋势。当Ce加入量为0.9wt.%时,细化效果最佳,此时共晶Mg2Si相形态为蠕虫状和颗粒状共存。合金的力学性能随着 Ce含量的增加呈先升高后下降趋势。经0.9wt.%Ce处理,此时合金的抗拉强度和伸长率分别为224MPa和5.6%,相比未变质合金,提高了28.5%和62.3%。  2)在AS31合金中引入稀土Er,随着稀土Er的增加,共晶Mg2Si相的尺寸逐渐减小。当Er加入量为1.2Wt%时,共晶Mg2Si相形态呈细小汉字状和短棒状共存。合金的抗拉强度和伸长率随着Er的含量的增加呈升高趋势,经1.2wt.%Er处理,此时合金抗拉强度和伸长率值分别为210MPa和4.9%,相比未处理合金,提高了27.3%和59.7%。  3)在AS31合金凝固过程中施加超声处理,细化晶粒的同时,对Mg2Si相尺寸、形貌和分布也有重要影响。随着超声处理功率的增加,合金中共晶Mg2Si相尺寸逐渐减小。当超声功率为750W时,细化效果最佳,Mg2Si相平均尺寸仅为50μm,其形态为蠕虫状和短棒状共存。合金的抗拉强度和伸长率随着超声处理功率的增加而逐渐增加,当超声功率为750w时,合金的抗拉强度和伸长率分别为203MPa和3.2%,相比未处理合金,提高了21.1%和57.3%。随着超声时间延长,共晶Mg2Si相尺寸呈先减小后增大趋势。当超声处理时间为60s时,细化效果最佳。合金的抗拉强度和伸长率随着超声处理功率的增加也呈现先增大后减小的趋势,当施加超声处理时间为60s时,其抗拉强度和伸长率最大。  4)在 AS31合金中添加0.9wt%Ce,优化了合金组织结构,降低磨损表层的剥层倾向,提高了合金的耐磨性。合金的摩擦系数随着载荷和转速的增加均呈逐渐减小趋势,当载荷为50N时,0.9wt%Ce+AS31合金摩擦系数为0.28,当转速为500r/min时,其摩擦系数为0.31,相比基体合金,分别降低了0.05和0.02;合金的磨损量随着载荷和转速的增加呈逐渐增大趋势,当载荷为50N时,0.9wt.%+AS31合金磨损量为43.7mg,当转速为500r/min时,其磨损量为53.8mg,相比基体合金,分别降低了17.8和8.7mg。
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