【摘 要】
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随着科技的发展,能源成本不断上升、装备性能要求日益提高唤醒了人们对新型结构材料的探索。镁合金具有密度低、比强度高、弹性模量低、减振降噪好、对环境无污染等优点,备受国内外研究人员的关注。20世纪后期研发的Mg-Al-RE系合金不仅具有出色的高温抗蠕变性能也具有良好的室温力学性能和变形加工性能,为将其开发为变形镁合金提供可能。然而,目前报道的Mg-Al-RE系合金大多采用压铸工艺制备,对其轧制变形组织
【基金项目】
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广东省科学院发展专项资金项目(2019GDASYL-0203002); 广东省重点领域研发计发计划项目(2020B010186002); 东莞市核心技术攻关重点项目(2019622134013); 西安市高校重大科技创新平台及科技成果就地转化项目(20GXSF0003);
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随着科技的发展,能源成本不断上升、装备性能要求日益提高唤醒了人们对新型结构材料的探索。镁合金具有密度低、比强度高、弹性模量低、减振降噪好、对环境无污染等优点,备受国内外研究人员的关注。20世纪后期研发的Mg-Al-RE系合金不仅具有出色的高温抗蠕变性能也具有良好的室温力学性能和变形加工性能,为将其开发为变形镁合金提供可能。然而,目前报道的Mg-Al-RE系合金大多采用压铸工艺制备,对其轧制变形组织与性能的研究较少。为此,本文以Mg-Al-RE(RE=Nd、La、Ce)三元合金为研究对象,系统地考察了 RE元素类型、合金元素含量以及轧制工艺(温度和变形量)对其组织和力学性能的影响,分析了 Mg-Al-RE镁合金的强化机制,为进一步开发出高性能变形镁合金提供理论基础和技术支撑,从而拓宽镁合金的应用领域。主要结论如下:(1)铸态Mg-3.5Al-3RE合金的相组成包括α-Mg相、针状Al11RE3相和颗粒状Al2RE相,但Mg-3.5Al-3Nd合金中Al2RE相含量更高。经轧制处理后,Al11RE3相发生破碎并沿轧制方向(RD)呈流线型分布,其破碎程度随轧制变形量的增加而增大,但轧制温度对其影响不大;Al2RE相依然随机分布在基体上,随轧制变形量的增加,逐渐出现裂纹。(2)三种RE元素对镁合金力学性能的提高效果为Nd>Ce>La。铸态Mg-3.5Al-3Nd合金的屈服强度YS、抗拉强度UTS、断后伸长率EL和硬度分别为61 MPa、204 MPa、14.5%和47.6 HV。轧制后,在细晶强化、第二相强化和织构强化的共同作用下,合金的综合力学性能获得显著提高,最佳轧制工艺(375℃/70%)制备的轧制态Mg-3.5Al-3Nd合金的 YS、UTS、EL 和硬度分别达到 220 MPa、277 MPa、12.0%和61.7 HV。(3)铸态Mg-Al-Ce合金中的针状Al11Ce3相和颗粒状Al2Ce相的尺寸和含量受Al和Ce含量的共同影响。当Al或Ce含量低于4%时优先生成Al11Ce3相;而Al或Ce含量超过4%后合金中Al2Ce相的尺寸明显增大、含量明显增加,而Al11Ce3相的含量有所下降;且随Al含量的增加,合金中逐渐析出Mg17Al12相。(4)轧制过程中,Al11Ce3相和Al2Ce相可作为异质形核点,促进再结晶形核,因此第二相含量越高的轧制态合金,晶粒尺寸越细小。Al和Ce含量的变化不仅可以通过调节第二相的含量进而改变晶粒尺寸、控制基体中固溶的Al含量,还会影响轧制态合金的织构强度,在第二相强化、细晶强化、固溶强化和织构强化的共同作用下调节力学性能。轧制态Mg-6Al-4Ce合金的综合力学性能最好,其YS、UTS、EL和硬度分别达到192 MPa、273 MPa、13.0%和55.0 HV。
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