Mg-Al-La耐热镁合金的微观组织和力学性能研究

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当今世界,由于能源短缺以及“节能减排”逐渐受到各国重视,发展镁合金已经成为工业发展中很重要的一部分。镁合金不但是最轻的金属结构材料,而且又具有比重低、比强度高、良好的力学性能、加工性能以及在地球中具有丰富的储量等优点。因此,在当今社会开发镁合金在工业生产中的应用具有重大意义。镁合金广泛应用于航空、航天、3C电子产品尤其是在汽车领域的应用更为重要。本文通过研究单一稀土元素和不同加工工艺对镁合金微观结构及力学性能的影响,最终开发出新型低成本的汽车应用镁合金。本实验分别通过金属型铸造和高压压铸两种工艺制备了 AlLa42 (Mg-4Al-2La)和AlLa45 (Mg-4Al-5La)两种合金,通过对合金的微观组织、合金强化相的研究:分析合金在高温时的力学性能和组织稳定性;分析不同加工工艺对合金微观结构和力学性能的影响;分析单一稀土元素对合金微观结构和力学性能的影响;分析合金在长时间高温热处理下微观结构及第二相形态的变化。实验结果表明:同等加工工艺和稀土含量下,添加单一稀土元素La比添加富Ce混合稀土具有更好的力学性能;同等加工工艺下,AlLa45合金比AlLa42合金具有更为优异的力学性能;同稀土含量下,高压压铸合金比金属型铸造合金的力学性能更为显著。这是因为,高压压铸加工工艺冷却速率较快,晶粒尺寸比较细小,更有效的阻碍位错运动,因此高压压铸合金比金属型铸造具有更高的强度。稀土含量较高时,形成的第二相数量较多,因此阻碍位错运动的效果更明显,使合金具有更高的强度。合金在热处理(200℃和400℃)之后,第二相形态逐渐发生改变,随着热处理时间的延长不断由针状/层片状相向块状相转变。根据X-射线衍射分析和能谱分析结果得到,热处理前后的针状/层片状相和块状相,都是由Al元素和La元素组成,且比例都大致接近11: 3。因此,热处理前后,合金中都只是发生了第二相形态的改变,其元素组成并没有改变。通过添加单一稀土元素La代替富Ce混合稀土,分析其在长时间高温热处理下微观结构及第二相形态的变化。从而研制出新型的AlLa45高温耐热镁合金,与Hydro Magnesium公司研制的AE44合金相比,具有更为优异的力学性能和耐热性能,使该合金在汽车耐热部件的应用更为广泛。
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