部分高強耐熱稀土鎂合金體系的相關系及其凝固組織分析.pdf

1、鎂合金是目前實際應用中最輕的金屬結構材料，具有比重輕、比強度和比剛度高、良好的電磁屏蔽能力、阻尼減震性好、易切削加工性和可再生利用性等優(yōu)異性能，在汽車、航空航天及電子產(chǎn)品等領域具有重要的應用價值和廣闊的應用前景，被譽為“21世紀綠色工程材料”。然而，鎂合金室溫強度不高、高溫強度低、抗蠕變性能差等缺點，嚴重阻礙了鎂合金的應用。稀土加入鎂合金中能夠提高其力學性能、抗蠕變性能及耐腐蝕性能等，Mg-Zn合金中添加稀土元素會顯著改善合金的力學性能

2、和耐熱性。本文結合國家自然科學基金項目(No.50731002):新型鎂合金結構材料相圖與合金化研究，通過實驗測定和相圖計算(CALPHAD)方法，對Mg-Ce-Gd-La-Nd-Pr-Sm-Zn多元系中部分二元、三元系的相關系進行了研究，根據(jù)所建立的熱力學數(shù)據(jù)庫模擬了典型Mg-Zn-RE合金凝固過程中的組織演變，為鎂合金的設計提供理論依據(jù)，主要研究工作如下:
　　(1)采用合金法，通過X-射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(

3、SEM)和電子探針顯微分析(EPMA)等檢測分析手段，測定了Mg-Zn-Gd三元系673K富鎂角的等溫截面。實驗證實了存在三元相X相(14H長程有序結構)、W相（面心立方結構）和I相（二十面體準晶結構），檢測到三個兩相區(qū):(Mg)+X、(Mg)+W、(Mg)+I;四個三相區(qū):(Mg)+X+Mg5Gd、(Mg)+X+W、(Mg)+W+I、L+(Mg)+I。其中Mg5Gd相、W和I相都有一定溶解度范圍。
　　結合實驗結果和文獻信息，運

4、用CALPHAD方法優(yōu)化計算了Gd-Zn二元系和Mg-Zn-Gd三元系，其中液相采用替換溶液模型，有序相BCC B2與無序相BCC A2采用了同一個吉布斯自由能表達式，以處理BCC_B2與BCC_A2之間的有序無序轉(zhuǎn)變關系。計算結果與實驗數(shù)據(jù)吻合。
　　(2)采用同(1)實驗方法測定了Mg-Gd-Nd三元系673 K富鎂角的等溫截面。實驗檢測到三元相β，檢測到兩個三相區(qū):(Mg)+Mg41Nd5+β、Mg5Gd+Mg41Nd5+β

5、;兩個兩相區(qū):(Mg)+Mg5Gd、(Mg)+Mg41Nd5。二元化合物Mg5Gd、Mg41Nd5有較大的溶解度范圍。
　　結合實驗結果和文獻信息，運用CALPHAD方法優(yōu)化計算了Gd-Nd二元系和Gd-Mg-Nd三元系。計算結果與實驗信息吻合。
　　(3)結合實驗信息，選擇合理的熱力學模型，采用CALPHAD方法優(yōu)化計算了Mg-Zn-La、Mg-Zn-Ce、Mg-Zn-Nd、Mg-Zn-Pr和Mg-Zn-Sm三元系，其中所

6、有有序相BCC_B2與無序相BCC_A2都采用了同一個吉布斯自由能表達式來處理BCC_B2和BCC_A2之間的有序無序轉(zhuǎn)變。每一個三元合金體系都得到一套自洽的熱力學參數(shù)。
　　(4)建立了Mg-Ce-Gd-La-Nd-Pr-Sm-Zn多元系的熱力學數(shù)據(jù)庫，可應用于稀土鎂合金的成分和熱處理工藝設計。
　　(5)采用掃描電子顯微鏡和X-射線衍射分析等檢測分析手段，觀察了幾個典型的Mg-Zn-RE(RE=Ce、Nd、Gd和Sm)，