【摘 要】
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镁合金是最轻的金属结构材料之一,具有广阔的应用前景。Mg-Al-Si系镁合金具有较好的流动性和低成本等优势,由于存在大量耐热性较好的Mg2Si相,该体系合金常被开发为高温下使用的耐热合金。但是该体系合金容易形成粗大的汉字状Mg2Si相,导致合金的力学性能下降。因此,采用合金化方法对Mg2Si相进行改性,进而提高合金的力学性能,是近年来研究的重要方向之一。本文以Mg-5Al-2Si合金为基体合金,通
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镁合金是最轻的金属结构材料之一,具有广阔的应用前景。Mg-Al-Si系镁合金具有较好的流动性和低成本等优势,由于存在大量耐热性较好的Mg2Si相,该体系合金常被开发为高温下使用的耐热合金。但是该体系合金容易形成粗大的汉字状Mg2Si相,导致合金的力学性能下降。因此,采用合金化方法对Mg2Si相进行改性,进而提高合金的力学性能,是近年来研究的重要方向之一。本文以Mg-5Al-2Si合金为基体合金,通过添加Ce元素对合金进行改性,研究不同含量(0,0.4,0.8,1.6,2.4,4.0%)Ce元素对Mg-5Al-2Si合金显微组织和力学性能的影响规律,探讨Ce对合金中Mg2Si相的改性机理,为提高Mg-5Al-2Si合金的力学性能、扩大应用范围提供依据。结果表明,添加Ce以后,合金中主要存在α-Mg相、汉字状Mg2Si相、多边形状Mg2Si相、Mg17Al12相、新生成的Ce Si2相和Al11Ce3相。稀土Ce的加入改变了合金中Mg2Si相的尺寸、形貌与分布。随着Ce含量的增加,Mg2Si相的尺寸显著减小,汉字状的尺寸由110μm减小到30μm,多边形状Mg2Si相的尺寸由23μm减小到3.3μm,汉字状的形貌转变为分散的块状。合金中Mg2Si相的改性机制可分为两类。一方面,形成Ce Si2相作为Mg2Si相的有效异质形核核心促进多边形状Mg2Si相的形核和生长,细小弥散状的Ce Si2相使得Mg2Si相倾向于扩散而不能形成粗大的汉字状类型。这种趋势随着Ce添加量的增加而愈发明显,显著抑制了Mg2Si相的生长情况。另一方面,稀土元素Ce是表面活性元素,其在镁合金中的固溶度很低(仅为0.52%),容易在晶界区域聚集。而Si不溶于镁,Mg和Si形成的Mg2Si相也分布在晶界。Ce元素的加入会降低Mg2Si相的界面能并抑制其生长。Mg-Al-Si-Ce合金的强度和塑性得到了显著改善,特别是Mg-5Al-2Si-1.6Ce合金表现出最佳的强度,Mg-5Al-2Si-4.0Ce合金表现出最佳的塑性,塑性分别提升了569%(150°C时)和820%(200°C时)。拉伸断裂面表现出准解理断裂的特征。
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