Indflydelsen af sjældne jordarters grundstoffer på de mekaniske egenskaber af magnesiumlegeringer
Magnesium og dets legeringer, som de letteste metalstrukturmaterialer på nuværende tidspunkt, har fordele såsom lav densitet, høj specifik styrke og stivhed, høj dæmpning, god termisk ledningsevne, fremragende bearbejdelighed, stabil delstørrelse og nem genanvendelse. De er meget udbredt i industrier som luftfart, rumfart, bilindustrien, transport, elektronik, kommunikation og computer.
På grund af utilstrækkelige mekaniske egenskaber og dårlig korrosionsbestandighed er magnesiumlegeringer begrænset i deres udbredte anvendelse i produktionen og dagligdagen. Men når en lille mængde sjældne jordarter tilsættes, kan magnesiumlegeringernes forskellige egenskaber forbedres væsentligt. Sjældne jordarters grundstoffer er placeret i IIIB-gruppen i det periodiske system. Den yderste elektroniske struktur af atomer er den samme, begge har to elektroner, mens den anden ydre elektroniske struktur ligner. Antallet af elektroner på 4f-orbitalen i det tredje til sidste lag varierer fra 0 til 14; De kemiske egenskaber er ikke væsentligt forskellige, og de er alle meget aktive. Magnesiumlegeringer og sjældne jordarters grundstoffer har begge en tæt hexagonal krystalstruktur, så sjældne jordarters grundstoffer har en høj faststofopløselighed i magnesiumlegeringer. Bortset fra Sc kan de andre 16 sjældne jordarters grundstoffer danne eutektiske faser med Mg, og de fleste sjældne jordarters grundstoffer har høj faststofopløselighed i Mg.
Virkningen af sjældne jordarters grundstoffer på oprensning og kornforfining af Mg-legering
Magnesium har aktive kemiske egenskaber og er tilbøjelige til at reagere med O2 og H2O for at danne MgO, hvilket resulterer i tilstedeværelsen af oxidindeslutninger i magnesiumlegeringer, hvilket reducerer kvaliteten og ydeevnen af magnesiumlegeringer. Oxiderede indeslutninger findes generelt på matrix- eller korngrænserne af magnesiumlegeringsstøbegods, hvilket forårsager udmattelsesrevner i legeringen og reducerer mekaniske og korrosionsbestandige egenskaber. Tilføjelsen af sjældne jordarters elementer kan ikke kun reducere antallet af indeslutninger, men også forfine kornstørrelsen og forbedre legeringens ydeevne.
Når sjældne jordarters grundstof Ce tilsættes til AM50 magnesiumlegering, spiller Ce en rolle i at rense legeringen, hvilket reducerer urenheder som Fe og Ni. Tilsætningen af Y kan reducere kornstørrelsen af ekstruderet Mg Zn Zr-legering, og kornstørrelsen indeholder ikke kan reduceres fra 14,2 μm til 3,2 μm, falde til 3% (massefraktion). Faldet er på hele 77 pct.
1. Indflydelsen af sjældne jordarters grundstoffer på de mekaniske egenskaber af Mg-legering
1,1Mg Al RE system
Magnesiumlegeringer i Mg Al-serien er i øjeblikket den mest forskelligartede og udbredte serie af magnesiumlegeringer. De sjældne jordarters grundstoffer tilsat magnesiumlegeringer i Mg Al-serien omfatter hovedsageligt Ce, Y, Nd osv. Mg Al-baserede legeringer uden sjældne jordarters grundstoffer omfatter hovedsageligt - Mg-dendritter og intermetalliske forbindelser fordelt mellem dendritter - Mg17Al12-fase; Og når sjældne jordarters grundstoffer føjes til Mg-3% Al-baserede legeringer, - Mg-dendritter bliver finere, intermetalliske forbindelser - erstattes Mg17Al12-fasen af Al11RE3 og A12RE.
Al11RE3-fasen er grundlæggende stabil ved 200 grader. Efterhånden som temperaturen fortsætter med at stige, vil Al11RE3-fasen omdannes til Al2RE-fasen. Dette indikerer også, at stabiliteten af Al11RE3 er betinget.
Efter tilsætning af sjældne jordarters elementer øges legeringens styrke både ved stuetemperatur eller 200 grader, forlængelsen forbliver på et relativt højt niveau. Stigningen i styrke efter tilsætning af sjældne jordarters grundstoffer kan relateres til følgende faktorer: For det første spiller dannelsen af en stor mængde intermetallisk forbindelse Al11RE3 en væsentlig rolle i styrkelsen af dendritgrænserne; For det andet raffinerede tilsætningen af sjældne jordarter de dendritiske arme og fremmede forbedringen af styrke; Endelig vil tilføjelse af sjældne jordarters grundstoffer, især Y, øge styrken af Mg-matrixen gennem styrkelse af fast opløsning.
1.2 Mg-Zn-RE system
Mg Zn-baserede legeringer er meget udbredt i deformerede magnesiumlegeringer og har en god ældningsstyrkende evne. Der er mange typer sjældne jordarters grundstoffer tilsat til Mg Zn-legeringer, såsom Y, Er, Gd, Nd, Ce osv. Efter tilføjelse af sjældne jordarters grundstoffer forbedres legeringens mekaniske egenskaber, fordi sjældne jordarters grundstoffer kan forfine kornstørrelse og form forstærkende faser i legeringen, hvilket forbedrer legeringens styrke.
Tilføjelse af sjældne jordarters elementer Ce og Gd til den støbte Mg-3.8Zn-2.2Ca-legering resulterede i en stigning i trækstyrke fra 123,8 MPa til 146,1 og 130,6 MPa og en stigning i forlængelse fra 2,4 % til henholdsvis 3,5 % og 2,9 %.
Blot at studere tilføjelsen af sjældne jordarters elementer til støbte legeringer kan ikke opfylde legeringskravene. Flere og flere forskere begynder at studere de dobbelte virkninger af deformation og tilføjelse af sjældne jordarters grundstoffer på legeringsegenskaber. En sammenlignende undersøgelse af støbt og ekstruderet Mg{{0}}.0Zn-0.9Y-0.16Zr-legeringer afslørede en signifikant forbedring i mekaniske egenskaber efter ekstrudering med trækstyrke, flydespænding , og forlængelsen steg fra 168105 MPa og 1,8% til henholdsvis 363317 MPa og 12%. Forbedringen af mekaniske egenskaber tilskrives effekten af kornforfining efter legeringsekstrudering. De mekaniske egenskaber af Mg-6Zn-1Mn-0.5Ce-legering efter ekstrudering er også blevet forbedret, med flydespænding øget fra 209 MPa til 232 MPa, trækstyrken forblev stort set uændret, og forlængelsen steg fra 11,5% til 14,7%. Sammenlignet med den støbte M-12Zn-1.5Er-legering er de mekaniske egenskaber af den ekstruderede legering blevet væsentligt forbedret.
1,3 Mg Li RE system
Mg Li-legering er den letteste serie af magnesiumlegeringer. Efter tilsætning af sjældne jordarters grundstoffer forbedres de mekaniske egenskaber af Mg Li-legering gennem styrkelse af fast opløsning og dannelse af små og spredte intermetalliske forbindelser. Der er mange typer sjældne jordarters grundstoffer tilføjet til Mg Li-legeringer, såsom Y, Ce, Nd osv.
Tilføjelse af sjældne jordarters grundstoffer til Mg-5Li-3Al-2Zn-legering resulterer i dannelsen af Al2RE- eller Al3RE-faser og et fald i AlLi-faser. Med tilsætning af sjældne jordarters grundstoffer øges legeringens trækstyrke med forøgelsen af tilsætningsmængden. Men når tilsætningsmængden overstiger 1,5 % (massefraktion), svækkes trækstyrken. Tendensen med ændring af forlængelse er den samme som for trækstyrke. Når tilsætningsmængden er 1,5 % (massefraktion), har Mg-5Li-3Al-2Zn-1.5RE den optimale trækstyrke og forlængelse, som er 206,5 MPa og 14,4 pct.
Nd kan også forbedre trækstyrken og forlængelsen af legeringer. Når Nd-indholdet er 2,0% (massefraktion), når trækstyrken af Mg-8Li-3Al-legering en top på 185,95 MPa, og når Nd-indholdet er 1,6 % (massefraktion), når forlængelsen en top på 16,3 %. Forbedringen i mekaniske egenskaber tilskrives reduktionen i Nd-tilsætning. Størrelsen af fasen og fordelingen af den nye fase Al2Nd ved fasegrænsegrænseglidningen. BinJiang et al. undersøgte virkningerne af Ce og Y på egenskaberne af Mg-8Li-2Zn-legering. Forskning har fundet ud af, at tilføjelse af 0,5 % (massefraktion) Ce og Y til Mg-8Li-2Zn-legering kan forbedre styrken, og under de samme forhold er effekten af Y mere betydningsfuld end Ce. Tilsætning af 0,5 % (massefraktion) Y øgede samtidig forlængelsen af Mg-8Li-2Zn-legering, mens Ce reducerede forlængelsen.
1.4 Andet
For Mg-4Y-4Sm-0.5Zr-legering svækkes trækstyrken og flydespændingen lidt med stigningen i ekstruderingstemperaturen; Tværtimod, med stigningen af ekstruderingstemperaturen efter ældning, øges trækstyrken og flydestyrken. Når legeringen er ældet ved 200 grader i 16 timer, har legeringen ekstruderet ved 400 grader de optimale mekaniske egenskaber med en trækstyrke på 400 MPa, en flydespænding på over 300 MPa og en forlængelse på 7%. Efter 14 cyklusser med ekstruderingskompression steg flydespændingen, trækstyrken og forlængelsen af Mg-10Gd-2Y-0.5Zr-legering med 20 %, 8,2 % og 150 %, henholdsvis.
Tilføjelse af sjældne jordarters grundstof Ce til M-3Sn-2Ca-legering kan forbedre legeringens mekaniske egenskaber væsentligt, når Ce-indholdet når 1,5 % (massefraktion) eller mere. Når Ce-indholdet er 2 % (massefraktion), er stigningen i trækstyrke, flydespænding og forlængelse ved stuetemperatur henholdsvis 24,4 %, 28,6 % og 73,7 %. Stigningen ved 150 grader er henholdsvis 22,4 %, 28,8 % og 56 %.
Sjældne jordarters grundstof Y kan også forbedre styrken af legeringer. Når tilsætningsmængden er 1,5 % (massefraktion), er legeringens mekaniske egenskaber optimale med trækstyrke, flydespænding og forlængelse ved stuetemperatur på henholdsvis 150, 137 MPa og 3,2 % med stigninger på 18,1 %, 22,3 % og 68,4 %. De tilsvarende stigninger ved 150 grader er henholdsvis 19,8 %, 24 % og 54,9 %. I ChengWeilis forskning blev det også fundet, at Ce kan forbedre de mekaniske egenskaber af Mg-5Sn-4Zn.
HNRE producerer alle ovennævnte magnesiumlegeringer af sjældne jordarter, hvoraf nogle er ret populære som Mg-Gd, Mg-Nd, Mg-Zr, Mg-Ce, Mg-Y, Mg-Er masterlegeringer. Alle komponenter og forhold kan tilpasses efter kundens krav.