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稀土加钙!一种兼具强度和塑性的新型镁合金
发布:Iron_MAN10   时间:2020/4/3 14:52:17   阅读:208 
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开发轻质、经济、环保的高性能材料是减轻汽车零部件重量、节能减排的重要途径。变形镁合金具有密度低、储量丰富、易回收等优点,在汽车零部件方面受到越来越多的关注。AZ31、AZ61、AZ80、ZK60合金是目前广泛研究和应用的商品化变形镁合金,但其绝对强度低、室温成形性差等缺点限制了其在许多领域的应用。

众所周知,添加稀土(RE)(如Nd、Gd、Y、Ce等)是提高镁合金强度和改善塑性的有效途径之一。近年来,添加微量稀土元素由于具有良好的室温性能,在改善镁合金塑性方面脱颖而出。而大量研究表明,稀土和钙的复合添加对改善镁合金的成形性以及提高镁合金的强度也有显著的效果,而且Ca比RE便宜得多,这意味着在镁合金中添加微量的RE和Ca有助于保持低成本和良好的性能。

然而,关于Sm/La/Ca复合微量添加对镁合金组织和性能影响的研究较少。值得注意的是,Sm/La/Ca的价格接近或低于Nd/Gd/Y的十分之一,因此添加微量的Sm/La/Ca镁合金可以大大降低成本。近日,沈阳大学、东北大学以及包头稀土研究院的一项最新联合研究发现,通过有效利用微合金化技术,高效的开发了一种塑性好、成本低的新型变形镁合金,从而获得获得更优质性能的镁合金材料。相关论文以题为“Strengths and ductility enhanced by micro-alloying Sm/La/Ca to Mg–0.5Zn–0.2Mn alloy”于3月2日发表在Journal of Materials Research and Technology。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.02.050

在这项工作中,研究人员向纯镁中加入0.5%的锌以保持基本性能,并进一步添加0.2%的锰以去除铁离子。根据Sm和Ca在300℃时,在Mg中的具有最大固溶度,结合研究者之前的研究基础,在新合金中添加0.2%Sm、0.4%Ca以及0.3%La可以细化晶粒,有效地进一步改善合金的性能。文章系统研究了新型镁合金的显微组织变化、动态再结晶行为、织构演变和拉伸性能,并对强化机理进行了探讨。最终挤压态镁合金抗拉强度239MPa,屈服强度190MPa,伸长率23.9%。本工作对进一步开发低成本、高塑性的新型镁合金提供了重要的参考价值。
 

图1铸态合金的X射线衍射图谱和扫描电镜图像(a、b)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.3La;(c、d)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.4Ca;(e、f)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.3La-0.4Ca


图2所研究的铸态合金的OM图像(a-d)和平均晶粒尺寸(a)Mg-0.5Zn-0.2Mn;(b)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.3La;(c)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.4Ca;(d)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.3La-0.4Ca


图3挤压状态下的合金再结晶(a)Mg-0.5Zn-0.2Mn;(b)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.3La;(c)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.4Ca;(d)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.3La-0.4Ca


图4合金挤压态的EBSD图像、结晶学关系和分散的极图(a、b)Mg-0.5Zn-0.2Mn;(c、d)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.3La;(e、f)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.4Ca;(g、h)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.3La-0.4Ca


图5挤压状态下的合金的错向角的孪生分布图、错向分布图和反极图(a-c)Mg-0.5Zn-0.2Mn;(d-f)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.3La;(g-i)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.2Sm-0.4Ca;(J-l)Mg-0.5Zn-0.2Mn-0.3La-0.4Ca
 

图6 合金在RT时的工程应力-工程应变曲线。

综上所述,该项研究成果基于在纯Mg的基础上,添加1.2%~1.4%的合金元素,研制了新型挤压Mg-Zn-Mn-Sm/La/Ca合金,该合金在室温下具有良好的强塑性平衡。文章中主要是针对镁合金及Sm、La和Ca微量元素,但该微合金化技术方法仍需要继续在其它合金深入扩展研究,这项技术方法如果得以高度重视及推广,将有利于大规模获得更多的性能优异新型合金。


来源:材料科学网
 
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