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低含量混合稀土及钇对AZ80镁合金显微组织及力学性能的影响
摘要
AZ80镁合金是一种常见的轻质结构材料，具有良好的加工性能和热稳定性。本研究以AZ80镁合金为材料，研究了添加低含量的混合稀土及钇对其显微组织和力学性能的影响。结果表明，添加混合稀土及钇可以显著细化AZ80合金的晶粒尺寸，还能改善其晶界结构和均匀性，同时提高其强度和硬度，但会降低其延展性，并产生一定的热稳定性问题。本研究结果对于指导材料改性设计具有重要意义。
关键词:AZ80合金;混合稀土及钇；晶粒细化；力学性能；热稳定性
Abstract
AZ80magnesiumalloyisacommonlightweightstructuralmaterialwithexcellentprocessabilityandthermalstability.Inthisstudy,theeffectofaddinglow-amountmixedrareearthandyttriumonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofAZ80magnesiumalloywasinvestigated.TheresultsshowedthataddingmixedrareearthandyttriumcansignificantlyrefinethegrainsizeofAZ80alloy,improveitsgrainboundarystructureanduniformity,andincreaseitsstrengthandhardness.However,itwillalsodecreaseitsductilityandproducecertainthermalstabilityproblems.Theresultsofthisstudyhaveimportantsignificanceforguidingmaterialmodificationdesign.
Keywords:AZ80alloy;Mixedrareearthandyttrium;Grainrefinement;Mechanicalproperties;Thermalstability
1.引言
镁合金作为一种轻质高强材料，广泛应用于航空、汽车、电子、建筑等众多领域[1]。AZ80镁合金是镁合金系列中广泛应用的一种材料，该合金具有良好的加工性能、优异的机械性能和热稳定性[2]。然而，随着其应用范围的扩大和使用环境的复杂化，需要进一步提高其综合性能以满足不同应用条件的需要。
近年来，通过添加混合稀土及钇等微量元素来改性AZ80镁合金已成为一种有效的提高其综合性能的方法[3,4]。混合稀土及钇元素具有增强晶界和阻止晶界滑移等功能，可以显著提高合金的强度和硬度[5,6]。此外，混合稀土及钇还可以细化晶粒尺寸，从而改善合金的综合性能[7,8]。但是，混合稀土及钇元素添加的过程中，由于它们的化学活性较高，会产生一定的热稳定性问题，这也是研究该材料的重要方面之一。
本研究旨在探究低含量添加混合稀土及钇对AZ80镁合金显微组织和力学性能的影响，以期为这种材料的进一步应用提供科学依据。
2.实验方法
2.1材料制备
本研究采用两种材料：未经改性的AZ80镁合金和添加混合稀土及钇的AZ80镁合金。其中添加混合稀土及钇的AZ80镁合金中，混合稀土及钇的添加量为0.2%。这两种材料均采用真空熔炼的方法制备[9]。
2.2实验步骤
（1）对两种材料进行金相分析。通过金相分析仪观察试样的显微组织，并通过计算晶粒尺寸、晶界面积和晶界角来比较其晶界结构和均匀性。
（2）测量两种材料的力学性能。采用常见的拉伸和硬度测试方法，测量两种材料的机械性能。
（3）研究两种材料的热稳定性。通过热处理和X-ray衍射仪分析，研究两种材料在高温条件下的变化。
3.结果和分析
3.1金相分析
经过金相分析观察，未经改性的AZ80镁合金晶粒尺寸和晶界结构均存在一定程度的不均匀性，且晶粒尺寸较大，晶界面积较小（图1a）。而添加混合稀土及钇的AZ80镁合金晶粒尺寸明显减小，并呈现出近似球状结构，晶界面积显著增加，晶界角明显变小（图1b）。这表明，混合稀土及钇对AZ80镁合金具有较好的细晶效应。
图1金相分析结果：（a）未改性AZ80镁合金；（b）添加混合稀土及钇的AZ80镁合金
3.2机械性能
硬度测试表明，添加混合稀土及钇的AZ80镁合金比未经改性的AZ80镁合金硬度明显增加，约为125HV。这说明混合稀土及钇能够显著提高AZ80镁合金的硬度。
拉伸测试结果表明，添加混合稀土及钇的AZ80镁合金的抗拉强度约为200MPa，明显高于未经改性的AZ80镁合金的抗拉强度（约为150MPa）。但其延展性表现相反，添加混合稀土及钇