【摘要】：鎂資源和稀土資源在我國儲量非常豐富,因此研究開發(fā)含稀土的耐熱鎂合金具備比較明顯的優(yōu)勢,汽車采用低成本耐熱鎂合金材料將是二十一世紀(jì)鎂工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。本論文主要目標(biāo)為研究開發(fā)新型汽車傳動耐熱鎂合金部件,重點研究鎂合金材料的性能,而且兼顧材料的成本。重點研究含稀土耐熱鎂合金微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其對性能的影響,研究純稀土元素和富RE混合稀土對Mg-Al基壓鑄及鑄造合金的微觀組織、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能與腐蝕性能的影響,分析稀土元素在合金中的強化機理及作用機制;研究了擠壓態(tài)Mg-12Ymm-4Zn(Ymm為富釔混合稀土)合金的微觀組織、力學(xué)性能及第二相在合金中的強化機理。采用壓鑄方法制備了Mg-4Al-4RE合金(AE44),其中RE為La,Ce,Pr,Nd混合稀土(La:Ce:Pr:Nd=23:55:6:16,wt.%),研究了該合金微觀組織、拉伸力學(xué)性能、合金熱穩(wěn)定性和腐蝕性能。結(jié)果表明,壓力鑄造Mg-4Al-4RE合金流動成形性能良好,鑄件沒有明顯缺陷,合金微觀組織比較均勻,具有良好的壓鑄性能;晶粒尺寸約為10 μm,合金中強化相為Al11RE3和Al2RE兩種,針狀/層片狀的強化相Al11RE3主要以密集排列的方式分布在晶粒邊界周圍。采用全譜擬合Rietveld方法對合金各相進行定量分析,增強相Al11RE3和A12RE含量分別為5.73%和0.36%,合金中Al11RE3相高溫條件下不穩(wěn)定,當(dāng)合金在400℃加熱5000小時后,Al-RE金屬間化合物微觀結(jié)構(gòu)由針狀/層片狀轉(zhuǎn)化成短棒狀,最后為顆粒狀。Al-RE金屬間化合物在合金中分布更加松散,不再沿晶粒邊界分布。很多Al-RE金屬間化合物在測試條件下(400℃加熱5000小時)轉(zhuǎn)化為A12RE相。通過定量計算可知,400℃加熱5000小時后,Al11RE3和Al2RE含量分別為4.46%和0.96%。該合金從室溫到200℃溫度范圍內(nèi)具有良好的拉伸性能,抗拉強度在室溫下為252MPa,屈服強度為146MPa,延伸率為11.4%;在200℃抗拉強度為116MPa,屈服強度為102MPa,延伸率為25.1%。對壓鑄AE44合金、400℃加熱1000小時和400℃加熱5000小時三種合金進行腐蝕行為測試,結(jié)果表明,壓鑄態(tài)合金具有較高的耐腐蝕性能。主要是由于合金晶粒邊界分布大量的層片狀/針狀的Al11RE3相作為腐蝕障礙有效阻止腐蝕的進行。熱處理后的合金,微觀組織及Al-RE金屬間化合物分布發(fā)生變化導(dǎo)致腐蝕性能下降。采用重力鑄造方法制備了 Mg-xAl-yLa(x=4,8;y=2,5,8)合金,對合金進行微觀組織、力學(xué)性能和腐蝕性能進行研究。AlLa45合金主要由α-Mg和Al11La3相組成。綜合比較,AlLa45合金在室溫及高溫下均具有最佳力學(xué)性能和較強的耐蝕性,主要得益于合金大量存在的性能穩(wěn)定的增強相Al11La3,該相大量聚集在晶界,帶來晶界強化。研究了稀土元素Pr對重力鑄造Mg-4Al-xPr(x=2,5)合金微觀組織、熱穩(wěn)定性、拉伸力學(xué)性能和腐蝕性能的影響,添加稀土元素Pr以后合金中的高溫不穩(wěn)定相Mg17Al12被完全抑制,隨著Pr含量的增加,合金中兩種金屬間強化相Al11Pr3和Al2Pr的數(shù)量明顯增多。Al11Pr3是一種溫度敏感的增強相,針狀形態(tài)的Al11Pr3在400℃加熱5000小時會相變分解為顆粒狀的Al2Pr相。AlPr45合金在室溫及高溫下均具有較佳的力學(xué)性能。細(xì)晶強化和大量第二相在晶界聚集產(chǎn)生的晶界強化及固溶強化是合金保持良好拉伸力學(xué)性能的主要原因。研究了富鈰混合稀土 RE對重力鑄造Mg-4Al-xRE(x=2,5)合金微觀組織、熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和腐蝕性能的影響,AE42和AE45合金主要由α-Mg和大量Al11RE3相及少量Al2RE相組成,層片狀/針狀A(yù)l11RE3相呈團簇狀分布在晶界上。AE4 5合金在400℃高溫下進行1000小時和5000小時加熱處理后,Al11RE3相發(fā)生分解,部分分解為Al2RE相,證明Al11RE3相長時間高溫加熱的非穩(wěn)定性。綜合比較,AE45合金在室溫及高溫下均具有最佳力學(xué)性能,大量層片狀/針狀A(yù)l11RE3相分布在晶粒邊界區(qū)域,Al11RE3相層片狀近似平行分布的狀態(tài)使得合金具有較好的綜合強度和塑性。研究了擠壓態(tài)Mg-12Ymm-4Zn合金,合金在300℃時的抗拉強度和屈服強度與室溫相差不大,300℃高溫條件下分別為314MPa和231MPa,室溫時分別為338MPa和278MPa。該擠壓態(tài)Mg-12Ymm-4Zn合金在高溫下具有優(yōu)異的力學(xué)性能主要是由于合金中生成高體積分?jǐn)?shù)的長周期堆垛有序結(jié)構(gòu)相和納米間距的堆垛層錯的共同作用。
[Abstract]:Magnesium and rare earth resources are abundant in our country, so the research and development of heat-resistant magnesium alloys containing rare earth have obvious advantages. Low-cost heat-resistant magnesium alloys for automobiles will be the key to the development of magnesium industry in the 21st century. The effects of rare earth elements and RE-rich mixed rare earth elements on the microstructure, thermal stability, mechanical properties and corrosion properties of Mg-Al based die casting and casting alloys were studied. The microstructure, mechanical properties and second phase strengthening mechanism of extruded Mg-12Ymm-4Zn (Ymm is Yttrium-rich rare earth mixture) alloy were studied. Mg-4Al-4RE alloy (AE44) was prepared by die casting, in which RE is La, Ce, Pr, Nd mixed rare earth (La: Ce: Pr: Nd = 23:55:6:16, wt.) The results show that the die casting Mg-4Al-4RE alloy has good flowing formability, no obvious defects, uniform microstructure and good die casting performance; the grain size is about 10 micron, and the strengthening phases are Al11RE3 and Al2RE, needle-like/layer. Al11RE3 was mainly distributed around the grain boundary in the form of dense arrangement. The contents of Al11RE3 and A12RE were 5.73% and 0.36% respectively. The Al 11RE3 phase in the alloy was unstable at high temperature. When the alloy was heated at 400 C for 5000 hours, the Al RE intermetallic space was determined. Al-RE intermetallics are more loosely distributed in the alloys and no longer distribute along grain boundaries. Many Al-RE intermetallics are transformed into A12RE phase under test conditions (heating at 400 C for 5000 hours). Quantitative calculation shows that after heating at 400 C for 5000 hours, Al-RE intermetallics are more loosely distributed. Al11RE3 and Al2RE contents are 4.46% and 0.96% respectively. The alloy has good tensile properties in the temperature range from room temperature to 200%. The tensile strength is 252 MPa, the yield strength is 146 MPa, and the elongation is 11.4%. The tensile strength is 116 MPa, the yield strength is 102 MPa, and the elongation is 25.1%. For die-cast AE44 alloy, heating at 400 ~1000 is small. The corrosion behavior of three alloys heated at 400 C for 5000 hours shows that as-cast alloys have high corrosion resistance, which is mainly attributed to the large number of lamellar/acicular Al11RE3 phases distributed along the grain boundaries of the alloys as corrosion barriers. Mg-xAl-yLa (x=4,8; y=2,5,8) alloy was prepared by gravity casting method. The microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of the alloy were studied. AlLa45 alloy was mainly composed of alpha-Mg and Al11La3 phases. The properties and strong corrosion resistance of Mg-4Al-xPr (x=2,5) alloys are mainly attributed to the presence of a large number of stable strengthening phases, Al 11La 3, which accumulate at grain boundaries and strengthen grain boundaries. The unstable phase Mg17Al12 in the alloy is completely inhibited. With the increase of Pr content, the amount of Al 11Pr 3 and Al 2Pr increases obviously. Al 11Pr 3 is a temperature-sensitive reinforcement phase. The acicular Al 11Pr 3 phase transforms into granular Al 2Pr phase when heated at 400 C for 5000 hours. The fine grain strengthening and the grain boundary strengthening and solid solution strengthening produced by the aggregation of a large number of second phases at grain boundaries are the main reasons for the good tensile properties of the alloy. AE42 and AE4 5 alloys are mainly composed of a-Mg, a large number of Al11RE3 phases and a small amount of Al2RE phases. The lamellar/acicular Al11RE3 phases are distributed in clusters on the grain boundaries. After 1000 hours and 5000 hours of heating treatment at 400 C, the Al11RE3 phase decomposes and partially decomposes into Al2RE phase, which proves that the Al11RE3 phase is heated for a long time at high temperature. The results show that the AE45 alloy has the best mechanical properties at room temperature and high temperature. A large number of lamellar/acicular Al11RE3 phases are distributed in the grain boundary region. The Al11RE3 phase is approximately parallel to the lamellar state, which makes the alloy have better comprehensive strength and plasticity. The tensile strength and yield strength of the extruded Mg-12Ymm-4Zn alloy are similar to those at room temperature, 314MPa and 231MPa at 300 C, 338MPa and 278MPa at room temperature, respectively. The excellent mechanical properties of the extruded Mg-12Ymm-4Zn alloy at high temperatures are mainly due to the formation of Long-period Stacking ordered phases and nano-spacing with high volume fraction. The effect of stacking faults.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.22

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本文編號：2202491