Påvirkningen av sjeldne jordartselementer på de mekaniske egenskapene til magnesiumlegeringer
Magnesium og dets legeringer, som de letteste metallkonstruksjonsmaterialene for tiden, har fordeler som lav tetthet, høy spesifikk styrke og stivhet, høy demping, god varmeledningsevne, utmerket bearbeidbarhet, stabil delstørrelse og enkel resirkulering. De er mye brukt i bransjer som luftfart, romfart, bilindustri, transport, elektronikk, kommunikasjon og datamaskin.
På grunn av utilstrekkelige mekaniske egenskaper og dårlig korrosjonsbestandighet, er magnesiumlegeringer begrenset i sin utbredte anvendelse i produksjon og dagligliv. Men når en liten mengde sjeldne jordarter tilsettes, kan de forskjellige egenskapene til magnesiumlegeringer bli sterkt forbedret. Sjeldne jordartselementer er lokalisert i IIIB-gruppen i det periodiske systemet. Den ytterste elektroniske strukturen til atomer er den samme, begge har to elektroner, mens den andre ytre elektroniske strukturen er lik. Antall elektroner på 4f-orbitalen i det tredje til siste laget varierer fra 0 til 14; De kjemiske egenskapene er ikke vesentlig forskjellige, og de er alle veldig aktive. Magnesiumlegeringer og sjeldne jordartsmetaller har begge en tett sekskantet krystallstruktur, så sjeldne jordartsmetaller har en høy fast løselighet i magnesiumlegeringer. Bortsett fra Sc, kan de andre 16 sjeldne jordartselementene danne eutektiske faser med Mg, og de fleste sjeldne jordartselementer har høy fast løselighet i Mg.
Effekten av sjeldne jordelementer på rensing og kornforfining av Mg-legering
Magnesium har aktive kjemiske egenskaper og er utsatt for å reagere med O2 og H2O for å danne MgO, noe som resulterer i tilstedeværelsen av oksidinneslutninger i magnesiumlegeringer, noe som reduserer kvaliteten og ytelsen til magnesiumlegeringer. Oksiderte inneslutninger eksisterer vanligvis på matrise- eller korngrensene til magnesiumlegeringsstøpegods, noe som forårsaker utmattelsessprekker i legeringen og reduserer mekaniske egenskaper og korrosjonsmotstandsegenskaper. Tilsetning av sjeldne jordartselementer kan ikke bare redusere antall inneslutninger, men også forbedre kornstørrelsen og forbedre legeringens ytelse.
Når sjeldne jordartsmetaller Ce tilsettes til AM50 magnesiumlegering, spiller Ce en rolle i å rense legeringen, og reduserer urenheter som Fe og Ni. Tilsetning av Y kan redusere kornstørrelsen til ekstrudert Mg Zn Zr-legering, og kornstørrelsen inneholder ikke kan redusere fra 14,2 μm til 3,2 μm, falle til 3 % (massefraksjon). Nedgangen er på hele 77 %.
1. Påvirkningen av sjeldne jordartselementer på de mekaniske egenskapene til Mg-legering
1,1Mg Al RE-system
Magnesiumlegeringer i Mg Al-serien er for tiden den mest varierte og mest brukte magnesiumlegeringsserien. De sjeldne jordartselementene tilsatt magnesiumlegeringer i Mg Al-serien inkluderer hovedsakelig Ce, Y, Nd, etc. Mg Al-baserte legeringer uten sjeldne jordartselementer inkluderer hovedsakelig - Mg-dendritter og intermetalliske forbindelser fordelt mellom dendritter - Mg17Al12-fase; Og når sjeldne jordartsmetaller legges til Mg-3% Al-baserte legeringer, - Mg-dendritter blir finere, intermetalliske forbindelser - erstattes Mg17Al12-fasen med Al11RE3 og A12RE.
Al11RE3-fasen er i utgangspunktet stabil ved 200 grader. Når temperaturen fortsetter å stige, vil Al11RE3-fasen forvandles til Al2RE-fasen. Dette indikerer også at stabiliteten til Al11RE3 er betinget.
Etter tilsetning av sjeldne jordartsmetaller øker styrken til legeringen både ved romtemperatur eller 200 grader, forlengelsen forblir på et relativt høyt nivå. Økningen i styrke etter tilsetning av sjeldne jordartselementer kan være relatert til følgende faktorer: for det første spiller dannelsen av en stor mengde intermetallisk forbindelse Al11RE3 en betydelig rolle i å styrke dendritgrensene; For det andre raffinerte tilsetningen av sjeldne jordartselementer de dendrittiske armene og fremmet styrken; Til slutt vil tilsetning av sjeldne jordartsmetaller, spesielt Y, øke styrken til Mg-matrisen gjennom forsterkning av fast løsning.
1.2 Mg-Zn-RE system
Mg Zn-baserte legeringer er mye brukt i deformerte magnesiumlegeringer og har god aldringsforsterkende evne. Det er mange typer sjeldne jordartsmetaller lagt til Mg Zn-legeringer, slik som Y, Er, Gd, Nd, Ce, osv. Etter tilsetning av sjeldne jordartsmetaller, forbedres de mekaniske egenskapene til legeringen, fordi sjeldne jordartselementer kan foredle kornstørrelse og danner styrkende faser i legeringen, og forbedrer legeringens styrke.
Tilsetning av sjeldne jordartselementer Ce og Gd til den støpte Mg-3.8Zn-2.2Ca-legeringen resulterte i en økning i strekkstyrken fra 123,8 MPa til 146,1 og 130,6 MPa, og en økning i forlengelsen fra 2,4 % til henholdsvis 3,5 % og 2,9 %.
Bare å studere tilsetningen av sjeldne jordartsmetaller til støpte legeringer kan ikke oppfylle styrkekravene til legeringer. Flere og flere forskere begynner å studere de doble effektene av deformasjon og tilsetning av sjeldne jordartselementer på legeringsegenskaper. En sammenlignende studie av støpt og ekstrudert Mg{{0}}.0Zn-0.9Y-0.16Zr-legeringer avslørte en betydelig forbedring i mekaniske egenskaper etter ekstrudering, med strekkfasthet, flytestyrke , og forlengelsen økte fra 168105 MPa og 1,8% til henholdsvis 363317 MPa og 12%. Forbedringen av mekaniske egenskaper tilskrives effekten av kornforfining etter legeringsekstrudering. De mekaniske egenskapene til Mg-6Zn-1Mn-0.5Ce-legering etter ekstrudering har også blitt forbedret, med flytegrense økt fra 209 MPa til 232 MPa, strekkstyrken forble stort sett uendret, og forlengelsen økte fra 11,5 % til 14,7 %. Sammenlignet med den støpte M-12Zn-1.5Er-legeringen, har de mekaniske egenskapene til den ekstruderte legeringen blitt betydelig forbedret.
1,3 Mg Li RE-system
Mg Li-legering er den letteste serien av magnesiumlegeringer. Etter tilsetning av sjeldne jordartsmetaller, forbedres de mekaniske egenskapene til Mg Li-legering gjennom forsterkning av fast løsning og dannelse av små og spredte intermetalliske forbindelser. Det er mange typer sjeldne jordartsmetaller lagt til Mg Li-legeringer, som Y, Ce, Nd, etc.
Tilsetning av sjeldne jordartsmetaller til Mg-5Li-3Al-2Zn-legering resulterer i dannelsen av Al2RE- eller Al3RE-faser og en reduksjon i AlLi-faser. Med tilsetning av sjeldne jordartsmetaller øker legeringens strekkfasthet med økningen av tilsetningsmengden. Men når tilsetningsmengden overstiger 1,5 % (massefraksjon), svekkes strekkfastheten. Trenden med forlengelsesendring er den samme som for strekkfasthet. Når tilsetningsmengden er 1,5 % (massefraksjon), har Mg-5Li-3Al-2Zn-1.5RE optimal strekkfasthet og forlengelse, som er 206,5 MPa og 14,4 %, henholdsvis.
Nd kan også forbedre strekkstyrken og forlengelsen til legeringer. Når Nd-innholdet er 2,0 % (massefraksjon), når strekkstyrken til Mg-8Li-3Al-legeringen en topp på 185,95 MPa, og når Nd-innholdet er 1,6 % (massefraksjon), når forlengelsen en topp på 16,3 %. Forbedringen i mekaniske egenskaper tilskrives reduksjonen i Nd-tilsetning. Størrelsen på fasen og fordelingen av den nye fasen Al2Nd ved fasegrensebegrensningsglidningen. BinJiang et al. undersøkte effekten av Ce og Y på egenskapene til Mg-8Li-2Zn-legering. Forskning har funnet at å legge til 0.5 % (massefraksjon) Ce og Y til Mg-8Li-2Zn-legering kan forbedre styrken, og under de samme forholdene er effekten av Y viktigere enn Ce. Tilsetningen av 0,5 % (massefraksjon) Y økte samtidig forlengelsen av Mg-8Li-2Zn-legering, mens Ce reduserte forlengelsen.
1.4 Annet
For Mg-4Y-4Sm-0.5Zr-legering, svekkes strekkstyrken og flytegrensen litt med økningen i ekstruderingstemperaturen; Tvert imot, med økningen av ekstruderingstemperaturen etter aldring, øker strekkstyrken og flytestyrken. Når legeringen er aldret ved 200 grader i 16 timer, har legeringen ekstrudert ved 400 grader de optimale mekaniske egenskapene, med en strekkfasthet på 400 MPa, en flytegrense over 300 MPa og en forlengelse på 7 %. Etter 14 sykluser med ekstruderingskompresjon, økte flytegrensen, strekkstyrken og forlengelsen av Mg-10Gd-2Y-0.5Zr-legeringen med 20 %, 8,2 % og 150 %, hhv.
Å legge til sjeldne jordartsmetaller Ce til M-3Sn-2Ca-legering kan forbedre de mekaniske egenskapene til legeringen betydelig når Ce-innholdet når 1,5 % (massefraksjon) eller mer. Når Ce-innholdet er 2 % (massefraksjon), er økningen i strekkfasthet, flytegrense og forlengelse ved romtemperatur henholdsvis 24,4 %, 28,6 % og 73,7 %. Økningen ved 150 grader er henholdsvis 22,4 %, 28,8 % og 56 %.
Sjeldne jordartselementer Y kan også forbedre styrken til legeringer. Når tilsetningsmengden er 1,5 % (massefraksjon), er de mekaniske egenskapene til legeringen optimale, med strekkstyrke, flytegrense og forlengelse ved romtemperatur på henholdsvis 150, 137 MPa og 3,2 %, med økninger på 18,1 %, 22,3 % og 68,4 %. De tilsvarende økningene ved 150 grader er henholdsvis 19,8 %, 24 % og 54,9 %. I ChengWeilis forskning ble det også funnet at Ce kan forbedre de mekaniske egenskapene til Mg-5Sn-4Zn.
HNRE produserer alle ovennevnte magnesiumlegeringer av sjeldne jordarter, hvorav noen er ganske populære som Mg-Gd, Mg-Nd, Mg-Zr, Mg-Ce, Mg-Y, Mg-Er masterlegeringer. Alle komponenter og forhold kan tilpasses etter kundens krav.