Mg-Al-Si-RE耐热镁合金的制备及组织性能研究

发布时间：2020-06-09 23:39

【摘要】：镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有比强度高、比刚度高、减震性能强和电磁屏蔽性能好等众多优点,被广泛应用在汽车工业、航空航天和电子工业。然而镁合金的高温使用性能不佳,使得大多数镁合金只能在120℃以下使用,这极大地制约了镁合金的应用与发展。合金化是一种有效改善镁合金耐热性能的方法,通过添加Si和RE元素合金化获得的AS系镁合金和AE系镁合金是目前常用的做法。但低Si含量的AS系镁合金对耐热性提高有限,高Si的AS系镁合金力学性能往往很差,同时AE系镁合金价格昂贵,这些因素制约了AS系和AE系镁合金的应用。本文主要以铸造Mg-Al-Si-RE合金为基础,通过调整各元素的含量,分别研究了不同Ce、La和Nd含量对Mg-3Al-2.5Si合金组织与力学性能的影响,揭示初生Mg_2Si相的细化机理。通过合金组织的细化与变质、T6热处理强化合金的性能,开发出一种高Si含量的新型耐热镁合金。向Mg-3Al-2.5Si合金中加入不同含量Ce、La和Nd,采用OM、XRD、SEM和TEM等手段研究合金微观组织的变化,再通过硬度和拉伸实验分析合金力学性能的变化。研究表明,Ce、La和Nd都可以改善Mg-3Al-2.5Si合金中初生Mg_2Si相。当Ce的加入量为1.0wt.%时,对初生Mg_2Si的细化效果最好,当Ce的加入量提高到1.5wt.%时,初生Mg_2Si有变大的趋势;La的变质效果随La含量增大而提高,在La加入量为1.5wt.%时变质效果最好;Nd的变质效果随着Nd含量增大而先提高后减弱,在Nd加入量为0.6wt.%时变质效果最好。对Mg-3Al-2.5Si-xRE合金进行T6热处理。结果表明,合金中的初生Mg_2Si基本无变化,共晶Mg_2Si出现部分球化现象,β-Mg_(17)Al_(12)相以细小颗粒状分布在合金基体和晶界上,合金的晶界也变得更加清晰。对经过T6处理的Mg-3Al-2.5Si-xRE合金进行硬度测试和常温拉伸实验。结果表明,加入Ce后,合金硬度和拉伸性能随Ce的加入量增大而提高,在Ce的加入量为1.0wt.%时硬度值最大、拉伸性能最好,继续提高Ce的添加量至1.5wt.%后,合金硬度值和拉伸性能下降;加入La后,合金硬度值和拉伸性能随La含量增大而提高,在La加入量为1.5wt.%时达到最佳;加入Nd后,合金硬度值和拉伸性能先提高后降低,在Nd加入量为0.6wt.%时达到最好。在Mg-3Al-2.5Si-1.0Ce合金中发现CeSi_2相,根据错配度理论对CeSi_2相和Mg_2Si相界面关系进行了分析。结果表明(001)CeSi_2//(100)Mg_2Si界面的错配度最低可为7.46%,满足6%δ15%的核心中等有效条件。在一定条件下,CeSi_2相可成为Mg_2Si相异质形核衬底。
【图文】：

镁合金,使用量,汽车

图 1.1 汽车镁合金使用量对比Fig.1.1 Comparison of the use of magnesium alloys in automobil在航空航天上的应用有质量轻、电子屏蔽性能好、防辐射、吸震能力强等众这种高科技领域使用[15]，在优化飞行器的气动力学性行器的质量。因此，镁合金被用于制造飞机的起落架、16]。在众多镁合金中，Mg-Li 合金因为密度非常小，同较好，在航空航天业内备受研究者的青睐[17]。20 世纪次在航空航天中得到应用。到了 20 世纪 50 年代，B-称为“镁合金使用的奇迹”，每架 B-36 轰炸机用镁可达镁合金的产量在逐渐提高，镁合金的用量甚至超过了战品主要还是用于汽车工业。现在镁合金制备只有大约领域，这比例在历史上是最低的[19]。镁合金的应用部位箱和发动机机匣。随着镁合金的技术不断发展，有望在

二元合金相图,二元合金相图

图 1.2 Mg-Si 二元合金相图Fig.1.2 The binary phase diagram of Mg-Si开发新型含 Si 耐热镁合金时，特别要注意掌握 Si 的添加量。现有的研加入 Si 含量低于共晶点对镁合金的耐热性能提升有限，只有 Si 含量较能更好的提升合金的耐热性。然而提升 Si 含量会导致合金中生成大块Mg2Si 相，这将对合金基体产生割裂作用，严重影响合金的力学性能。因Mg2Si 相的大小、形态、数量和分布是提升合金高温性能的关键所在。 Mg2Si 相的细化研究传统的铸造工艺条件下，镁合金中初生 Mg2Si 相容易长成粗大的树枝晶，共晶 Mg2Si 容易长成粗大的汉字状，这使得 Mg2Si 在合金中割裂基体裂纹的来源，从而导致合金的抗拉强度和延伸率都比较低。因此，研究织细化改善 Mg2Si 形貌，进而提高合金的力学性能。目前细化镁合金i 相的方式有两种，分别是改善铸造工艺和添加元素变质处理。改善铸造通过提高冷速、在合金熔炼过程中添加电磁搅拌或者超声波搅拌等方式
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.22

【参考文献】