Retzemju elementu ietekme uz magnija sakausējumu mehāniskajām īpašībām
Magnijam un tā sakausējumiem kā šobrīd vieglākajiem metāla konstrukcijas materiāliem ir tādas priekšrocības kā zems blīvums, augsta īpatnējā izturība un stingrība, augsta amortizācija, laba siltumvadītspēja, lieliska apstrādājamība, stabils detaļas izmērs un vienkārša pārstrāde. Tos plaši izmanto tādās nozarēs kā aviācija, kosmosa rūpniecība, automobiļu rūpniecība, transports, elektronika, sakari un datori.
Nepietiekamu mehānisko īpašību un sliktās izturības pret koroziju dēļ magnija sakausējumu plašā izmantošana ražošanā un ikdienas dzīvē ir ierobežota. Tomēr, pievienojot nelielu daudzumu retzemju, magnija sakausējumu dažādās īpašības var ievērojami uzlabot. Retzemju elementi atrodas periodiskās tabulas IIIB grupā. Atomu ārējā elektroniskā struktūra ir vienāda, abos ir divi elektroni, bet otra ārējā elektroniskā struktūra ir līdzīga. Elektronu skaits uz 4f orbitāles trešajā līdz pēdējā slānī svārstās no 0 līdz 14; Ķīmiskās īpašības būtiski neatšķiras, un tās visas ir ļoti aktīvas. Gan magnija sakausējumiem, gan retzemju elementiem ir blīva sešstūra kristāla struktūra, tāpēc retzemju elementiem ir augsta cietvielu šķīdība magnija sakausējumos. Izņemot Sc, pārējie 16 retzemju elementi var veidot eitektiskas fāzes ar Mg, un lielākajai daļai retzemju elementu ir augsta cietvielu šķīdība Mg.
Retzemju elementu ietekme uz Mg sakausējuma attīrīšanu un graudu rafinēšanu
Magnijam ir aktīvas ķīmiskās īpašības, un tas var reaģēt ar O2 un H2O, veidojot MgO, kā rezultātā magnija sakausējumos ir oksīdu ieslēgumi, kas samazina magnija sakausējumu kvalitāti un veiktspēju. Oksidēti ieslēgumi parasti atrodas uz magnija sakausējuma lējumu matricas vai graudu robežām, izraisot sakausējuma noguruma plaisas un samazinot mehāniskās un korozijas izturības īpašības. Retzemju elementu pievienošana var ne tikai samazināt ieslēgumu skaitu, bet arī uzlabot graudu izmēru un uzlabot sakausējuma veiktspēju.
Kad magnija sakausējumam AM50 pievieno retzemju elementu Ce, Ce ir nozīme sakausējuma attīrīšanā, samazinot tādus piemaisījumus kā Fe un Ni. Y pievienošana var samazināt ekstrudētā Mg Zn Zr sakausējuma graudu izmēru, un graudu izmērs, kas nesatur, var samazināties no 14,2 μm līdz 3, 2 μm, samazināties līdz 3% (masas daļa). Samazinājums sasniedz pat 77%.
1. Retzemju elementu ietekme uz Mg sakausējuma mehāniskajām īpašībām
1,1 Mg Al RE sistēma
Mg Al sērijas magnija sakausējumi šobrīd ir visdažādākās un visplašāk izmantotās magnija sakausējumu sērijas. Retzemju elementi, kas pievienoti Mg Al sērijas magnija sakausējumiem, galvenokārt ietver Ce, Y, Nd utt. Mg Al sakausējumi bez retzemju elementiem galvenokārt ietver - Mg dendrītus un intermetāliskus savienojumus, kas sadalīti starp dendritiem - Mg17Al12 fāzi; Un, ja retzemju elementi tiek pievienoti Mg-3% Al bāzes sakausējumiem, - Mg dendriti kļūst smalkāki, intermetāliskie savienojumi - Mg17Al12 fāze tiek aizstāta ar Al11RE3 un A12RE.
Al11RE3 fāze pamatā ir stabila pie 200 grādiem. Temperatūrai turpinot paaugstināties, Al11RE3 fāze pārveidosies par Al2RE fāzi. Tas arī norāda, ka Al11RE3 stabilitāte ir nosacīta.
Pēc retzemju elementu pievienošanas sakausējuma stiprība palielinās gan istabas temperatūrā, gan par 200 grādiem, pagarinājums saglabājas salīdzinoši augstā līmenī. Stiprības pieaugums pēc retzemju elementu pievienošanas var būt saistīts ar šādiem faktoriem: pirmkārt, liela daudzuma intermetāliskā savienojuma Al11RE3 veidošanās spēlē nozīmīgu lomu dendrīta robežu nostiprināšanā; Otrkārt, retzemju elementu pievienošana pilnveidoja dendrītiskās rokas un veicināja spēka uzlabošanos; Visbeidzot, retzemju elementu, īpaši Y, pievienošana uzlabos Mg matricas stiprību, stiprinot cieto šķīdumu.
1,2 Mg-Zn-RE sistēma
Mg Zn bāzes sakausējumi tiek plaši izmantoti deformētos magnija sakausējumos, un tiem ir laba novecošanās stiprināšanas spēja. Mg Zn sakausējumiem ir pievienoti daudzi retzemju elementu veidi, piemēram, Y, Er, Gd, Nd, Ce utt. Pēc retzemju elementu pievienošanas sakausējuma mehāniskās īpašības tiek uzlabotas, jo retzemju elementi var uzlabot graudu izmēra un formas stiprināšanas fāzes sakausējumā, uzlabojot sakausējuma izturību.
Retzemju elementu Ce un Gd pievienošana lietajam Mg-3.8Zn-2.2Ca sakausējumam izraisīja stiepes stiprības palielināšanos no 123,8 MPa līdz 146,1 un 130,6 MPa, kā arī pagarinājumu palielināšanos no 2,4%. attiecīgi līdz 3,5% un 2,9%.
Vienkārši izpētot retzemju elementu pievienošanu lietajiem sakausējumiem, nevar izpildīt sakausējumu izturības prasības. Arvien vairāk pētnieku sāk pētīt deformācijas un retzemju elementu pievienošanas dubulto ietekmi uz sakausējuma īpašībām. Lieto un ekstrudēto Mg{{0}}.0Zn-0.9Y-0.16Zr sakausējumu salīdzinošais pētījums atklāja ievērojamu mehānisko īpašību uzlabošanos pēc ekstrūzijas ar stiepes izturību un tecēšanas spēku. , un pagarinājums palielinājās attiecīgi no 168105 MPa un 1,8% līdz 363317 MPa un 12%. Mehānisko īpašību uzlabošanās ir saistīta ar graudu rafinēšanas efektu pēc sakausējuma ekstrūzijas. Ir uzlabotas arī Mg-6Zn-1Mn-0.5Ce sakausējuma mehāniskās īpašības pēc ekstrūzijas, jo tecēšanas robeža ir palielināta no 209 MPa līdz 232 MPa, stiepes izturība pamatā palika nemainīga. pagarinājums palielinājās no 11,5% līdz 14,7%. Salīdzinot ar lieto M-12Zn-1.5Er sakausējumu, ekstrudētā sakausējuma mehāniskās īpašības ir ievērojami uzlabotas.
1,3 Mg Li RE sistēma
Mg Li sakausējums ir vieglākā magnija sakausējumu sērija. Pēc retzemju elementu pievienošanas Mg Li sakausējuma mehāniskās īpašības tiek uzlabotas, stiprinot cieto šķīdumu un veidojot mazus un izkliedētus intermetāliskus savienojumus. Mg Li sakausējumiem ir pievienoti daudzu veidu retzemju elementi, piemēram, Y, Ce, Nd utt.
Retzemju elementu pievienošana Mg-5Li-3Al-2Zn sakausējumam izraisa Al2RE vai Al3RE fāžu veidošanos un AlLi fāžu samazināšanos. Pievienojot retzemju elementus, sakausējuma stiepes izturība palielinās, palielinoties pievienošanas daudzumam. Tomēr, ja pievienošanas daudzums pārsniedz 1,5% (masas daļa), stiepes izturība vājinās. Pagarinājuma izmaiņu tendence ir tāda pati kā stiepes izturībai. Ja pievienošanas daudzums ir 1,5% (masas daļa), Mg-5Li-3Al-2Zn-1.5RE ir optimālā stiepes izturība un pagarinājums, kas ir 206,5 MPa un attiecīgi 14,4%.
Nd var arī uzlabot sakausējumu stiepes izturību un pagarinājumu. Ja Nd saturs ir 2.0% (masas daļa), Mg-8Li-3Al sakausējuma stiepes izturība sasniedz maksimumu 185,95 MPa un, ja Nd saturs ir 1,6 % (masas daļa), pagarinājums sasniedz maksimumu 16,3%. Mehānisko īpašību uzlabošanās ir saistīta ar Nd pievienošanas samazināšanos. Fāzes lielums un jaunās fāzes Al2Nd sadalījums pie fāzes robežas ierobežojuma slīdēšanas. BinJiang et al. pētīja Ce un Y ietekmi uz Mg-8Li-2Zn sakausējuma īpašībām. Pētījumos atklāts, ka, pievienojot 0,5% (masas daļa) Ce un Y Mg-8Li-2Zn sakausējumam, var uzlabot izturību, un tādos pašos apstākļos Y ietekme ir nozīmīgāka nekā Ce. 0,5% (masas daļa) Y pievienošana vienlaikus palielināja Mg-8Li-2Zn sakausējuma pagarinājumu, bet Ce samazināja pagarinājumu.
1.4 Cits
Mg-4Y-4Sm-0.5Zr sakausējuma stiepes izturība un tecēšanas robeža nedaudz vājinās, palielinoties ekstrūzijas temperatūrai; Gluži pretēji, palielinoties ekstrūzijas temperatūrai pēc novecošanas, palielinās stiepes izturība un tecēšanas robeža. Kad sakausējums tiek izturēts 200 grādu temperatūrā 16 stundas, sakausējumam, kas ekstrudēts 400 grādu temperatūrā, ir optimālas mehāniskās īpašības, ar stiepes izturību 400 MPa, tecēšanas robežu, kas pārsniedz 300 MPa, un pagarinājumu 7%. Pēc 14 ekstrūzijas saspiešanas cikliem Mg-10Gd-2Y-0.5Zr sakausējuma tecēšanas robeža, stiepes izturība un pagarinājums palielinājās par 20%, 8,2% un 150%. attiecīgi.
Retzemju elementa Ce pievienošana M{0}}Sn-2Ca sakausējumam var ievērojami uzlabot sakausējuma mehāniskās īpašības, ja Ce saturs sasniedz 1,5% (masas daļa) vai vairāk. Ja Ce saturs ir 2% (masas daļa), stiepes izturības, tecēšanas robežas un pagarinājuma pieaugums istabas temperatūrā ir attiecīgi 24,4%, 28,6% un 73,7%. Pieaugums pie 150 grādiem ir attiecīgi 22,4%, 28,8% un 56%.
Retzemju elements Y var arī uzlabot sakausējumu izturību. Ja pievienošanas daudzums ir 1,5% (masas daļa), sakausējuma mehāniskās īpašības ir optimālas ar stiepes izturību, tecēšanas robežu un pagarinājumu istabas temperatūrā attiecīgi 150, 137 MPa un 3,2%, palielinoties par 18,1%, 22,3 % un 68,4 %. Attiecīgie pieaugumi pie 150 grādiem ir attiecīgi 19,8%, 24% un 54,9%. Čenveili pētījumos tika arī konstatēts, ka Ce var uzlabot Mg-5Sn-4Zn mehāniskās īpašības.
HNRE ražo visus iepriekš minētos magnija retzemju sakausējumus, no kuriem daži ir diezgan populāri, piemēram, Mg-Gd, Mg-Nd, Mg-Zr, Mg-Ce, Mg-Y, Mg-Er galvenie sakausējumi. Visas sastāvdaļas un attiecības var pielāgot atbilstoši klienta prasībām.