高強鎂合金的研制
2022-08-18
來源:網絡
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鎂合金是目前使用的較輕的金屬結構材料，其密度為1.74 g/cm3，僅相當于鋁的2/3，鋼的1/4。同時鎂合金還具有比強度、比模量高、阻尼減振、電磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等優點。目前鎂合金已成為國防軍事、航空航天、汽車、電子通信等工業領域的重要材料。例如，使用鎂合金制造汽車零部件，不僅能夠減輕汽車自身質量、降低油耗，而且有助于汽車減振，從而改善汽車的舒適性和安全性;在國防軍工領域，降低結構質量意味著提高武器的射程和精度，也可以提高飛行器的機動性能，還可以降低能量消耗。隨著我國大飛機、繞月、高速軌道交通、電動汽車等大型工程項目的啟動，必然對鎂合金有更大的期望，也提出了更高的要求。
然而，目前的鎂合金絕對力學性能仍然偏低。高強鎂合金的研制是當前材料科學的一個研究熱點。
一、利用稀土提高鎂合金強度。在鎂合金中加入Nd，能夠提高合金的高溫強度，并使鑄件組織致密。研究表明，Mg-4.4Zn-1.2Nd-0.35Zr合金在低于473K時有較高的抗拉強度，而Mg-4.4Zn-2Nd-0.35Zr合金在高于523K時顯示出較高的抗拉強度。Gd和Y具有良好的時效強化作用，添加Gd和Y能夠明顯提高鎂合金的強度。將摩擦攪拌工藝引入Mg-10Gd-3Y-0.5Zr鎂合金鑄造，獲得了顯著的晶粒細化效果，終獲得了439MPa的高強鑄造鎂合金。用傳統的鑄造擠壓制備Mg-10Gd-5.66Y-0.65Zr-1.6Zn合金，獲得抗拉強度為542MPa的超高強鎂合金棒材。用傳統熱軋方法制備的Mg-12Gd-1.9Y-0.69Zr合金和Mg-17Gd-0.51Zr合金，屈服強度都在360 MPa以上，抗拉強度都在400MPa以上。
二．利用塑性變形提高鎂合金性能。傳統鑄造鎂合金組織都很粗大，力學性能較差。由于鎂合金是六方結構，塑性變形能力較差，傳統的單一的塑性變形方法難以進一步提高其力學性能。針對這一難點，采用大塑性變形技術，發揮其強烈的晶粒細化效果，可以直接將材料的內部組織細化到亞微米乃至納米級。大塑性變形技術包括等通道轉角擠壓、累積疊軋等。采用大塑性變形制備的Mg-Y-Zn合金在250℃時獲得抗拉強度為400MPa，屈服強度為340MPa，伸長率達20%的綜合力學性能。結合兩種或多種傳統塑性變形工藝應用于鎂合金是改善鎂合金塑性變形能力，提高綜合力學性能的又一思路。比如，結合擠壓、冷軋和時效工藝研制出屈服強度為445MPa，抗拉強度為482MPa的高強Mg-14Gd-0.5Zr鎂合金薄板。中南大學結合鍛造和軋制工藝研制了一種高強耐熱Mg-Gd-Y系合金，利用多向鍛造開坯，制備厚度為30～80 mm的厚板;然后采取熱軋方法，將厚板軋制成2～10 mm的薄板，較大總壓下量達到90%以上;軋制后經時效處理，室溫時合金抗拉強度≥475 MPa，屈服強度≥440MPa，伸長率≥3%;250℃時抗拉強度≥330 MPa，伸長率≥12%。這種制備方法擴大了鎂合金的應用范圍，特別是能夠滿足航空航天工業上的應用。
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