一种电梯用稀土镁合金及其制备方法

Ｅ　技术交流　一种电梯用稀土镁合金及其制备方法　陶利民钱志学周方龙　（恒达富士电梯有限公司湖，ｌｆ’『１ｆ　３１３００９）　摘　要：在ＡＺ３１合金中添加Ｏ％、０．２％、０．５％、１％和１．５％（质鲢分数）的铈（ｃｅ）制备了５种合金，研究ｃｅ对ＡＺ３１镁合金　力学性能和显微组织的影响。试验表明，添加ｃｅ元素后，形成的Ａｌ４Ｃｅ对合金有强化作用，并改善退火后组织。合　金在最终轧制态下为典型的加工组织，退火后发生了再结晶。力学性能测试结果表明，随Ｃｅ含鼍的增加，轧制态合　金强度上升，伸长率有所提高。３００℃退火１　ｈ后，强度比轧制态有所降低，但伸长率提高较大。含１．ｏ％铈的甜合金　具有最好的综合力学性能，挤压＋轧制加工态其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别是３１０ＭＰａ、２４５ＭＰａ和ｌ３　ｌ％；　３００℃、１　１ｌｑｔｉ，退火后。是２５７ＭＰａ、１７２ＭＰａ和２４　６％。　关键词：ＡＺ３１镁合金：铈；微观组织；力学性能　镁在２０℃（室温）时的密度只有１．７３８ｇ．ｃｒｎ一，是常　表１　ＡＺ３１一ｘＣｅ合金化学成分（ｗｔ％）　用结构材料中最轻的金属，这一特征与优良的力学性能相结　合将成为大多数镁基结构材料应用的基础ｒｌ　。现今镁合金　ｌ的发展，主要致力于开发应用于高温、高强，耐腐蚀并具有　优良成型性能的变形镁合金。然而，与铝合金相比，镁合金　的塑性和耐腐蚀性较差，限制了它的发展，这主要归因于其　基体的六方结构。而添加稀土元素有利于形成细小的等轴晶，　从而有效地改善镁合金的铸造组织和微观结构　Ｊ。　稀土元素在有色金属材料中具有净化、晶粒细化和强化　２结果与讨论　２．１合金显微组织　作用　】，同时经过轧制加工将提高镁合金的力学『生能，本文　主要研究稀土铈元素及轧制工艺对ＡＺ３１镁合金显微组织和　力学　性能的影响。　图１为合铈ＡＺ３１系合金的铸态金相组织。１　合金（未　添加铈元素）的铸态显微组织为ｏｃ（Ｍｇ）单相，没有观察　到杆状第二相；（ｂ）、（ｃ）分别为铈含量为０＿２％和０．５％　的２　和３　合金铸态显微组织，可以观察到少量的杆状第二　１试验过程　试验选用ＡＺ３１为基础合金，各组元分别以工业纯镁、　相；（ｄ）、（ｅ）分别为铈合量为１．０％和１．５％的４　和　５　合金铸态显微组织。４　合金中，杆状相明显增加，在某　些区域聚集；５　合金中，该相聚集长大。结合Ｘ—ｒａｙ衍　射结果，判定杆状第二相为Ａｌ　Ｃｅ相。在铈含量低于０．５时，　该相较少，可见铈元素较多的固溶进入了镁基体；在铈含量　纯锌、纯铝及Ｍｇ一３０Ｃｅ（ｗｔ％）和　一１０Ｍｎ（ｗｔ％）中间合　金的形式添加。试验合金的化学成分如表１所示。合金在电　阻炉中用钢制坩锅进行熔炼，期间使用自制熔剂对熔体进行　覆盖，浇铸过程中使用硫磺对熔液表面进行保护。对部分板　材进行３００ｏＣ，１　ｈ退火处理，与轧制态力学性能做对比。　采用４％ＨＮＯ　酒精溶液对金相和扫描电镜试样进行侵蚀。　在ＣＳＳ一４４１　００型万能电子拉伸机上进行力学性能测　试；采用ＮＥＯＰＨＯＴ一２１金相显微镜进行金相观察；合　超出０．５后，该相急速增加，超过１％后聚集长大。（箭头　所指为Ａｌ　Ｃｅ）　嚣金的硬度测试在布氏硬度计上进行，负荷为２５０Ｎ；采用　Ｓｉｒｉｏｎ一２００场发射扫描电镜和ＧＥＮＥＳＩＳ一６０Ｓ型能谱分　析仪观察铸态试样表面形貌观察，分析局部元素成分；采用　ＫＹＫＹ一２８００Ｂ扫描电镜分析拉伸断口；采用ＸＲＤ分析合　全的相组成。　图１Ａ７．３１系合金的　铸造态组织　ａ－１　ｂ．２＃ｃ．３　ｄ．　ｅ－５　电糯工业６３　Ｅ　技术交流　图２（ａ）是４　合金铸态组织的ＳＥＭ形貌照片，可以　表３是１　—　合金铸锭挤压＋轧制加工后３００℃、１　ｄ＼８，－Ｊ－　看到杆状ＡＩ　Ｃｅ相分布比较分散，同时也可以观察到颗粒状　的Ｍｎ　ＡＩ相。图２（ｂ）是对铈、铝、镁、锰、锌元素线扫　描分析图，可以看出第二相上合金元素铈分布多，镁元素少。　合金冷却过程中，先是在较高温度形成ＡＩ　Ｃｅ相，随后铈元　素继续向ＡＩ　Ｃｅ相迁移，导致杆状Ａｌ　Ｃｅ相聚集长大。　退火态的力学・性能。合金的强度随铈含量的增加而提高，含　铈１．０％的４　合金有最高的强度，加工状态下４　合金的抗　拉强度为３１　０ＭＰａ，退火后为２５７ＭＰａ。但在加工状态和　退火状态，铈的强化作用程度不一样。轧制状态下，含４＃　合金抗拉强度比１　合金高出２４ＭＰａ，而退火状态下，抗拉　强度只提高了８ＭＰａ。铈的加入对合金的延伸率有所提高。　在铈含量低于１％阶段，合金强度随着铈含量的增加而　提高，当铈含量为１％时对合金的强化作用最大，超过１％后，　合金强度随铈的加入而下降。铈对合金的强化有：固溶强化　和ＡＩ　Ｃｅ相第－－Ｎ强化。铈能够对镁合金起固溶强化作用，　但是铈１￣ｇＪ］ｌ：ｌ入会降低合金中铝含量，弱化铝的固溶强化效果，　而且铝固溶强化作用大于铈的固溶强化作用，因而该合金中　铈的固溶强化不是主要的。ＡＩ　Ｃｅ相在加工过程破碎，产生　细小的ＡＩ　Ｃｅ粒子，这些粒子能够与加工过程中位锚等缺　陷交互作用，而强化合金，退火后强化作用降低。　表２　ＡＺ３１系合金挤压＋轧制加工态力学性能　表３　ＡＺ３］系合金挤压＋轧制后退火态力学性能　２．３硬度　１　一５　合金轧制加工中，不同变形量下，其布氏硬度　如图５（ａ）所示，Ｃｅ的加入对合金的硬度稍有提高。合金的　　４　ＡＺ３ｌ　１系合金挤压＋轧制加工态和其退火态！Ｅ【织　ａ一１　轧制态ｂ－４＃轧制态Ｃ．１＃退火态ｄ一４＃退火态　硬度随着合金变形量的增加而提高，硬度的增加对合金的继　续形变是不利的，继续轧制加工前需要退火降低硬度。合金　最终轧制态试样在不同温度下进行１小时退火，其布氏硬度　图４（ａ）、（ｂ）为１　、４　合金铸锭挤压＋轧制加工后的　显微组织。合金在变形过程中，形变比均匀；４　合金中的　ＡＩ　Ｃｅ相破碎，破碎的ＡＩ４Ｃｅ相沿着变形方向分布。图（Ｃ）、　（ｄ）表明１　、４　合金加工组织经３００℃，１　ｄ＼Ｂ＇－Ｊ退火后，发　如图５（ｂ）所示。镁合金的层错能低，回复阶段硬度变化小，　再结晶阶段变化大。２００℃到２５０℃间，合金硬度变化大，　表明已经开始发生再结晶；２５０℃到３００℃间，合金硬度变　化小，表明合金在此区间再结晶完成；３００℃到３５０℃间，　合金硬度变化比较大，表明在此区间再结晶晶粒开始长大。　生了再结晶，４　合金的ＡＩ　Ｃｅ相仍沿变形方向分布。　２．２力学性能测试　表２是１　一５　合金铸锭挤压＋轧制加工后的力学性能，　６４　ＥＬＥＶＡＴＯＲ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　Ｅ　技术交流　合金的塑性获得显著改善，出现撕裂棱和韧窝，断面也变深，　１Ｏ　但是韧窝少，如图６（Ｃ）所示；４　合金的塑性也提高，断　裂面更深，如图６（ｄ）所示。　１　、４　合金在挤压＋轧制加工后的拉伸断口形貌如图　８　６　４　２　ｌ＿７５变形Ｉ　旦　銮　Ｉ　７（ａ）、（ｂ）所示。１　和４　合金中都有韧窝出现，１　合　金的韧窝浅，而４　合金的韧窝稍深，但是两者的断裂面都　很浅；３００℃，１小时退火后，１　、４　合金的拉伸断口形貌　如图７（Ｃ）、（ｄ）所示，合金断口形貌改善明显，韧窝加深，　断裂面加深，塑性提高。　８０　６０　４Ｏ　２０　０　ｌ　２　３　４　５　图５（ｂ）退火温度对ＡＺ３１系合金硬度影响　２．４断口分析　图７　ＡＺ３１系合金挤压＋轧制加工态及其　退火态断口形貌　ａ．１　轧制态ｂ＿４　轧制态ｃ．１　退火态ｄ－４＃ｉ￣火态　３结论　（１）ＡＺ３１合金中添加稀土Ｃｅ元素后形成了杆状的　Ａｌ　Ｃｅ相，加工过程中破碎，破碎的细小Ａｔ　Ｃｅ相能够与加　工过程中形成的各种缺陷及合金元素作用，强化合金。在铈　含量低于０＿５时，ＡＩ　Ｃｅ相较少，｛市元素较多的固溶进入了　图６　ＡＺ３１系合金直接轧制加工态及其　退火态断口形貌　ａ．１　轧制态ｂ．４＃轧制态ｃ．１　退火态ｄ－４＃退火态　镁基体；在铈含量超出０．５后，该相急速增加，超过１％后　聚集长大。　（２）铈元素对ＡＺ３１合金起到较大的强化作用，合金的强　度和延伸率都随着铈含量的增加而提高，其中４　合金具有　１　合金在直接轧制状态下延伸率为１＿９％，塑性很低，　拉伸断口形貌如图６（ａ）所示，可以看出其断口几乎是平面，　最好的综合力学性能，挤压＋轧制加工态其抗拉强度、屈　服强度和延伸率在轧制态下分别是３１　０ＭＰａ、２４５ＭＰａ和　１３．１％；３００℃、１小时退火后，是２５７ＭＰａ、１７２ＭＰａ　和２４．６％。　没有韧窝，也没有撕裂棱，这种断裂为脆性断裂。图６（ｂ）　为４　合金的直接轧制加工态断口形貌，可以看出铈元素的　加入，合金塑性提高，拉伸断口形貌显著改善，出现了韧窝　和撕裂棱，并且断裂面比较深。３００ｏＣ、１小时退火后，１　（３）２００℃到２５０℃间，合金硬度变化大，表明已经开始　发生再结晶；２５０℃到３００℃间，合金硬度变化小，表明合　（下转６７页）　窆庙　二二业６５