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快速凝固變形鎂合金的組織與性能

2019-12-06 14:23 ?瀏覽:

 快速凝固鎂合金是在非平衡狀態下凝固的,與常規鑄造鎂合金錠的組織相比有著顯著的差異,因而其性能也有很大的不同。

組織特征
合金化元素固溶度擴大
采用快速凝固法制備鎂合金時,合金化元素在鎂中的固溶度可以顯著擴大,冷卻速度越高,固溶度也越大,稀土元素、Y、Ca、Sr和大部分過渡族元素固溶到鎂中可以大幅度降低c/a比值,擴大α-Mg的固溶度范圍,極大地提升合金的塑性,c/a比值的減小可以激活新的滑移系,例如Li含量達到8at.%時合金的c/a值可達1.618,因而合金的塑性大為提高。
形成新相
在快速凝固的鎂合金中可以產生新的亞穩相:在Mg-Sn、Mg-Si合金中可形成新的面心立方晶格相;在Mg-Ca、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Ga、Sb、Au、Bi等的二元合金可形成非晶相;在容易形成非晶相的Mg-Ni及Mg-Cu二元合金中加入第三組元Ag、Zn、Al、Sn、Pb、Sb、Ca等元素,可以獲得更寬的非晶相形成區。
日本科學家在研究快速凝固三元Mg合金時形發出了具有很高抗拉強度,高的高溫度度、高應變速率超塑性和高熱穩定性的Mg97Zn,Y2合金,抗拉強度Rm=610N/mm2,伸長率A=5%,因為它的α-Mg晶粒細?。?.1μm~0.2μm),且其中有大量的納米級(約7nm)彌散相Mg24Y5化合物粒子。
細化晶粒
快速凝固可以顯著細化鎂及鎂合金的晶粒,減少甚至消除成分偏析,生成細小彌散的沉淀相并均勻地分布于晶界及晶粒內,從而大幅度提高材料的力學性能??焖倌替V合金的晶粒組織形貌決定于合金特性、快速凝固工藝及產品形狀與尺寸。
快速凝固鎂合金過飽和固溶體在加熱(熱處理及熱加工)過程中發生分解,形成細小彌散的析出相。例如霧化法制備的Mg-Si和Mg-Ba合金會分別生成Mg2Si和Mg2Ba質點:用旋轉法制備的含Si、Y或Ca的Mg-Al和Mg-Zr-Al合金的晶粒尺寸為0.4μm~1.5μm,其薄帶經破碎與擠壓成形后,基體中有Mg3Zr或Mg17Y彌散顆粒形成,而且在擠壓過程中未見粗化,材料有很高的抗拉強度,Rm=576N/mm2。
力學性能
快速凝固工藝極大地改善了鎂合金的力學性能,其比抗拉強度(Rm/p)比鑄錠冶金(I/M)鎂合金及鋁合金的高40%~60%;壓縮屈服強度與拉伸屈服強度的比值(CYS/TYS)由0.7上升到大于1.1,比拉伸屈服強度(Rp0.2/p)超過鑄錠冶金鎂合金及鋁合金的52%~98%,比壓縮屈服強度則超過45%~230%;伸長率為5%~15%,熱處理后可上升到22%。與鋁合金相比,快速凝固鎂合金在100℃具有優良的塑性變形能力或超塑性,由于晶粒細小,材料的疲勞強度為鑄錠冶金合金的2倍。鑄錠冶金鎂合金與快速凝固合金力學性能的比較見圖。

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與常規鎂合金相比,快速凝固鎂合金的室溫強度、延展性、高溫力學性能與化學性能都有明顯提高,它們的熱穩定性也有很大提高,快速凝固Mg-(5~8)at.%Al-(1~2)at.%Zn-(0.5~2)at.%X(X=pr、Nd、Ce、Y)就是這樣一個杰出的鎂合金。

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