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利用金属型铸造制备了Mg-5Al-0.3Mn-xRE(x=0~4,wt%,RE=Ce,Nd,Sm,Y和(CeLa)混合稀土)系列合金,研究了铸态合金的组织和力学性能。利用轧制和挤压技术对优化出的合金进行了变形加工处理,并研究了合金加工后的组织和力学性能。
对于铸态合金,稀土元素不仅可以细化合金的晶粒,而且形成不同类型的Al-RE化合物,含Ce的合金中生成Al11Ce3相,含Nd或Sm的合金中,主要生成Al11Nd3(Al11Sm3)相和少量的Al2Nd(Al2Sm)相,含Y的合金中生成Al2Y相。另外,添加稀土可以改变Mg17Al12相的形貌,使其变得更加细小、弥散。添加适量的稀土可以明显提高铸态合金在室温和150℃下的力学性能,Mg-5Al-0.3Mn-1.5Ce,Mg-5Al-0.3Mn-2Nd和Mg-5Al-0.3Mn-2Sm合金在各自的体系中具有最佳的综合力学性能。合金力学性能提高的主要原因是细晶强化、Al-RE化合物第二相强化以及减弱Mg17Al12相对合金高温力学性能的不利影响。
对Mg-5Al-0.3Mn-(1.0,1.5,2.0)Ce,Mg-5Al-0.3Mn-2Nd,Mg-5Al-0.3Mn-1.5(CeLa)和Mg-5Al-0.3Mn-3Y合金在300-400℃下进行了热轧制或挤压变形,与铸态合金相比,轧制和挤压合金具有更高的力学性能。轧制合金的室温抗拉强度为290-340MPa,较铸态合金提高约50%,屈服强度约为210-260 MPa,较铸态合金提高约2倍。挤压态合金的抗拉强度为260-270 MPa,屈服强度为160-190MPa,伸长率为20-22%;150℃的力学性能也得到了明显改善。
结合热力学计算、合金化元素之间的电负性差、化合物相的生成焓数据以及相图计算,阐述了稀土化合物相的生成机制,稀土元素与Al元素之间的电负性差大于其与Mg之间的电负性差,且Al-RE相的生成焓远低于Mg-RE和Mg-Al相的生成焓,因此在Mg-Al合金中加入RE后,RE优先与Al形成Al-RE化合物。从晶粒细化、化合物强化相的生成和演变、变形加工处理的位错交互作用等方面讨论了合金的强化机制,认为细晶强化、第二相强化及形变强化是提高合金力学性能的主要机制。