稀土耐熱鎂合金微觀結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響研究.pdf

1、鎂資源和稀土資源在我國儲(chǔ)量非常豐富，因此研究開發(fā)含稀土的耐熱鎂合金具備比較明顯的優(yōu)勢(shì)，汽車采用低成本耐熱鎂合金材料將是二十一世紀(jì)鎂工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。本論文主要目標(biāo)為研究開發(fā)新型汽車傳動(dòng)耐熱鎂合金部件，重點(diǎn)研究鎂合金材料的性能，而且兼顧材料的成本。重點(diǎn)研究含稀土耐熱鎂合金微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其對(duì)性能的影響，研究純稀土元素和富RE混合稀土對(duì)Mg-Al基壓鑄及鑄造合金的微觀組織、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能與腐蝕性能的影響，分析稀土元素在合金中的強(qiáng)化機(jī)理及作

2、用機(jī)制；研究了擠壓態(tài)Mg-12Ymm-4Zn(Ymm為富釔混合稀土)合金的微觀組織、力學(xué)性能及第二相在合金中的強(qiáng)化機(jī)理。
　　采用壓鑄方法制備了Mg-4Al-4RE合金(AE44)，其中RE為 La, Ce, Pr, Nd混合稀土(La:Ce:Pr:Nd=23:55:6:16, wt.％)，研究了該合金微觀組織、拉伸力學(xué)性能、合金熱穩(wěn)定性和腐蝕性能。結(jié)果表明，壓力鑄造Mg-4Al-4RE合金流動(dòng)成形性能良好，鑄件沒有明顯缺陷，合金

3、微觀組織比較均勻，具有良好的壓鑄性能；晶粒尺寸約為10μm，合金中強(qiáng)化相為Al11RE3和Al2RE兩種，針狀/層片狀的強(qiáng)化相Al11RE3主要以密集排列的方式分布在晶粒邊界周圍。采用全譜擬合Rietveld方法對(duì)合金各相進(jìn)行定量分析，增強(qiáng)相Al11RE3和Al2RE含量分別為5.73%和0.36%，合金中Al11RE3相高溫條件下不穩(wěn)定，當(dāng)合金在400℃加熱5000小時(shí)后，Al-RE金屬間化合物微觀結(jié)構(gòu)由針狀/層片狀轉(zhuǎn)化成短棒狀，最后

4、為顆粒狀。Al-RE金屬間化合物在合金中分布更加松散，不再沿晶粒邊界分布。很多Al-RE金屬間化合物在測(cè)試條件下(400℃加熱5000小時(shí))轉(zhuǎn)化為Al2RE相。通過定量計(jì)算可知，400℃加熱5000小時(shí)后，Al11RE3和 Al2RE含量分別為4.46%和0.96%。該合金從室溫到200℃溫度范圍內(nèi)具有良好的拉伸性能，抗拉強(qiáng)度在室溫下為252MPa，屈服強(qiáng)度為146MPa，延伸率為11.4%；在200℃抗拉強(qiáng)度為116MPa，屈服強(qiáng)度為

5、102MPa，延伸率為25.1%。對(duì)壓鑄AE44合金、400℃加熱1000小時(shí)和400℃加熱5000小時(shí)三種合金進(jìn)行腐蝕行為測(cè)試，結(jié)果表明，壓鑄態(tài)合金具有較高的耐腐蝕性能。主要是由于合金晶粒邊界分布大量的層片狀/針狀的Al11RE3相作為腐蝕障礙有效阻止腐蝕的進(jìn)行。熱處理后的合金，微觀組織及Al-RE金屬間化合物分布發(fā)生變化導(dǎo)致腐蝕性能下降。
　　采用重力鑄造方法制備了Mg-xAl-yLa(x=4,8;y=2,5,8)合金，對(duì)合金

6、進(jìn)行微觀組織、力學(xué)性能和腐蝕性能進(jìn)行研究。AlLa45合金主要由?-Mg和 Al11La3相組成。綜合比較，AlLa45合金在室溫及高溫下均具有最佳力學(xué)性能和較強(qiáng)的耐蝕性，主要得益于合金大量存在的性能穩(wěn)定的增強(qiáng)相Al11La3，該相大量聚集在晶界，帶來晶界強(qiáng)化。
　　研究了稀土元素Pr對(duì)重力鑄造Mg-4Al-xPr(x=2,5)合金微觀組織、熱穩(wěn)定性、拉伸力學(xué)性能和腐蝕性能的影響，添加稀土元素 Pr以后合金中的高溫不穩(wěn)定相 Mg1

7、7Al12被完全抑制，隨著Pr含量的增加，合金中兩種金屬間強(qiáng)化相Al11Pr3和Al2Pr的數(shù)量明顯增多。Al11Pr3是一種溫度敏感的增強(qiáng)相，針狀形態(tài)的Al11Pr3在400℃加熱5000小時(shí)會(huì)相變分解為顆粒狀的Al2Pr相。AlPr45合金在室溫及高溫下均具有較佳的力學(xué)性能。細(xì)晶強(qiáng)化和大量第二相在晶界聚集產(chǎn)生的晶界強(qiáng)化及固溶強(qiáng)化是合金保持良好拉伸力學(xué)性能的主要原因。
　　研究了富鈰混合稀土RE對(duì)重力鑄造Mg-4Al-xRE(x

8、=2,5)合金微觀組織、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響，AE42和AE45合金主要由?-Mg和大量Al11RE3相及少量Al2RE相組成，層片狀/針狀A(yù)l11RE3相呈團(tuán)簇狀分布在晶界上。AE45合金在400℃高溫下進(jìn)行1000小時(shí)和5000小時(shí)加熱處理后，Al11RE3相發(fā)生分解，部分分解為 Al2RE相，證明Al11RE3相長時(shí)間高溫加熱的非穩(wěn)定性。綜合比較，AE45合金在室溫及高溫下均具有最佳力學(xué)性能，大量層片狀/針狀 Al1

9、1RE3相分布在晶粒邊界區(qū)域，Al11RE3相層片狀近似平行分布的狀態(tài)使得合金具有較好的綜合強(qiáng)度和塑性。
　　研究了擠壓態(tài)Mg-12Ymm-4Zn合金，合金在300℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度與室溫相差不大，300℃高溫條件下分別為314MPa和231MPa，室溫時(shí)分別為338MPa和278MPa。該擠壓態(tài)Mg-12Ymm-4Zn合金在高溫下具有優(yōu)異的力學(xué)性能主要是由于合金中生成高體積分?jǐn)?shù)的長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)相和納米間距的堆垛層錯(cuò)的共