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高性能铸造镁合金最新进展

发布时间2021-10-25,由 cyanbat发布 | 点击数:0

包括新材料的开发及其加工技术的创新。基于这里发现的问题和挑战,提出了一些未来的研究方向,包括进一步开发具有高强度、高塑性、高耐腐蚀性和低成本的高性能镁合金,以及相图、扩散、沉淀等,以及先进焊接和连接技术的发展。

高性能铸造镁合金最新进展

介绍

镁及其合金由于具有密度低、阻尼性能好、生物相容性好、可回收利用、储氢容量大、电池理论比容量高等优异的理化性能,被认为在以下领域具有广阔的应用前景。航空航天、交通运输、电子 3C、生物医学和能源领域然而,镁及其合金的这些优点要在大规模工业应用中发挥重要作用,仍有许多困难需要克服。在结构材料方面,镁合金强度低、塑性和耐蚀性较差,阻碍了镁及其合金的大规模应用;在功能材料方面,仍需解决镁合金降解速度过快、充放电窗口窄等问题。

近十几年来,许多学者针对上述不足进行了大量研究。镁合金的极限抗拉强度(UTS)达到500 MPa。 伸长率(EL) 达到30%以上通过表面处理,镁合金的耐腐蚀性能得到有效提高经过多年的研究,镁基材料的储氢能力也得到了提高 其他镁基功能材料也取得了显着进展。例如,镁合金具有优良的导热性,已广泛应用于LED等领域镁的电磁屏蔽性能优越,已应用于电磁屏蔽领域但是,性能优良的镁及其合金仍然很少见,加工工艺还很苛刻,镁合金的强度和塑性还不能同时提高。这些缺点也限制了镁合金的大规模应用。

近两年,许多学者对镁及其合金进行了大量研究,以促进其日益扩大的应用,包括成分优化、加工工艺改进、微观结构表征和理解等目前的工作旨在回顾 2018-2019 年全球镁及其合金的重要进展。

铸造镁合金

2.1 耐热铸造镁合金

2018-2019年,耐热铸造镁合金以含RE合金尤其是含Gd合金为主,世界范围内开发的一些新型耐热铸造镁合金的力学性能砂铸 Mg-Gd-Y-Zr 的极限抗拉强度在 200°C 时达到 350 MPa,在 125°C 时达到 368 MPa。然而,高含量的Gd导致成本高,限制了其汽车应用。仍然需要具有优良高温性能和低成本的合金。

表1耐热铸造镁合金的力学性能。

合金 (wt%) 健康)状况 25℃ 200℃ 蠕变率 (s -1 ) 参考
    YS (MPa) 单位制(兆帕) EL (%) YS (MPa) 单位制(兆帕) EL (%)    
Mg-3Gd-2Ca T4 —— —— —— —— —— —— 1.96 × 10  − 8 (210 °C/100 MPa/100 h)  
  T6 —— —— —— —— —— —— 4.92 × 10  − 8 (210 °C/100 MPa/100 h)  
Mg-7Al-3Ba-3Ca 高压直流电 203 230 1.6 —— —— —— 8 × 10  − 8 (200 °C/100 MPa/225 h)  
Mg-10Gd-3Y-0.5Zr T6 247 360 2.7 250 350 —— ——  
Mg-3.5Sm-2Yb-0.6Zn-0.5Zr T6 297 228 5.7 182 279 18.2 ——  
 

张明星团队开发了一种具有良好抗蠕变性的 Mg-3Gd-2Ca (wt%) 合金他们发现,在 210 °C/100 MPa 下测试 100 小时时,固溶处理 (T4) 合金比峰值时效合金 (T6) 表现出更好的抗蠕变性。在稳态蠕变阶段,测得的最小蠕变速率在 T4 合金中为 1.96 × 10 -8 s -1在 T6 合金中为4.92 × 10 -8 s -1微观结构分析表明,这归因于 Gd-Ca 共簇的固溶强化(特别是在蠕变早期)和动态沉淀硬化(特别是在蠕变后期)的协同作用。

加夫拉斯等人。开发了一种具有良好蠕变性能的高压压铸(HPDC)DieMag633(Mg-6Al-3Ba-3Ca)合金。他们检查了 HPDC 合金的抗压缩蠕变性能,包括商用 AE42、AE44-2、AE44-4、MRI230D、DieMag211、DieMag422 和 DieMag633 合金。密度测量表明 DieMag211 和 DieMag633 的孔隙率最低,分别只有 1.8% 和 1.5%。MRI230D 和两种高浓度 DieMag422、DieMag633 合金在 200°C 时的抗蠕变性最好。室温和 150 °C 下的拉伸性能也显示出类似的趋势。DieMag633 合金具有出色的强度。微观结构观察揭示了高压压铸合金中的各种相。这种热稳定相通过抑制热不稳定相 Mg 的形成有助于提高抗蠕变性1712

Wencai Liu 等人开发了一种在室温和高温下都具有高强度的低压砂铸 Mg-10Gd-3Y-0.5Zr (wt%) 合金。,具有优异的耐热性能。在室温下测试的合金在 250°C 下峰值时效 12 小时的 UTS、YS(屈服强度)和 EL 分别为 360 MPa、247 MPa 和 2.7%。225 °C × 14 h 时效合金的 UTS 和 YS 都随着试验温度从室温升高到 200 °C 而增加,并在 200 °C 时达到 350 MPa 和 250 MPa 的峰值((a)),而 UTS 250 °C × 12 h 时效合金的 YS 和 YS 从室温增加到 125 °C,并在 125 °C 时达到 368 MPa 和 255 MPa 的峰值((b))。
 

孟健课题组成功开发了一种在高温下具有更高强度和延展性的铸造 Mg-3.5Sm-2Yb-0.6Zn-0.5Zr (wt%) 合金用永久模具铸造制备的合金的 YS 为 182 ± 4 MPa,UTS 为 279 ± 6 MPa,200 °C 下的伸长率为 18.2 ± 2.4%,YS 为 127 ± 4 MPa,UTS 为 186 ± 6 MPa,在 300 °C 时的伸长率为 15.0 ± 3.2%。发现在室温和高温下机械性能的改善主要归因于细晶粒、基底和棱柱状沉淀物的沉淀以及晶界附近和三齿状沉淀物周围的无颗粒区。

2.2 高性能铸造镁合金

在过去的几十年中开发了许多高强度镁合金。Fusheng Pan 等人总结了 2018 年之前开发的高强度铸态 Mg-Gd 和 Mg-Y 基合金。和张景怀等。2018年之前的工作主要集中在提高抗拉强度,但延伸率还没有那么高。例如,Mg-6.5Gd-2.5Dy-1.8Zn 合金和 Mg-8Gd-3Y-0.4Zr 的极限拉伸强度和伸长率分别为 392 MPa 和 362 MPa,分别为 6.1% 和 7.6% . 2018 年和 2019 年,还报道了几种高强度铸造镁合金,如重要的进展在于铸造合金的延伸率有了很大的提高。

表2高性能铸造镁合金在室温下的机械性能。
 

合金 (wt%) 铸造方法 热处理 YS (MPa) 单位制(兆帕) EL (%) 参考
Mg-10Gd-1Zn-0.5Zr 永久模具铸件 460℃ × 12 小时 + 200℃ × 48h 205 303 6.6  
Mg-10Gd-2Y-1Zn-0.5Zr 永久模具铸件 480℃ × 12 小时 + 200℃ × 12h 252 351 10.2  
Mg–12Gd–0.8Zn–0.4Zr 砂铸 530℃ × 18 小时 + 225℃ × 8 小时 —— 348 2.6  
Mg-10Gd-3Y-0.5Zr 砂铸 525℃ × 12 小时 + 250℃ × 12 小时 —— 325 5  
Mg–2Z​​n–0.2Y–0.5Nd–0.4Zr 永久模具铸件 铸件 89 203  35%  
 

重庆大学潘复生课题组成功研制出延伸率大于10%的Mg-10Gd-2Y-1Zn-0.5Zr铸造镁合金。该合金在峰值时效条件下具有 351 MPa 的极限抗拉强度和 10.2% 的延展性此外,还开发了一种无 Y Mg-10Gd-1Zn-0.5Zr 合金,其极限抗拉强度为 303 MPa,峰值时效条件下的延展性为 6.6%由于该合金主要由基体和块状 LPSO 相组成,因此在 420°C 下固溶 12 小时表现出最佳的机械性能。LPSO 相被确定为 10H 和 14H 类型。

王等人。来自上海交通大学的张等人开发了一种高强度砂型铸造 Mg-12Gd-0.8Zn-0.4Zr 合金,其极限抗拉强度为 348 MPa,伸长率为 2.6%合金的最高强度是通过 530 的固溶处理获得的°C × 18 小时,然后是 225 小时的峰值老化℃ × 8 小时。

Enhou Han 的团队发现 Mg-10Gd-3Y-0.5Zr 合金(GW103)(中伸长率的异常正应变率依赖性在应变速率为1×10 -1 s -1 时,GW103 合金的极限抗拉强度达到325 MPa 左右,断裂伸长率为5%。此外,对于具有主要 β' 析出相的高强度 Mg-10Gd-3Y-0.5Zr 合金的时效样品,通过影响加工硬化阶段的动态恢复,析出物间距被认为是延性的主要影响因素通过滑移迹分析的微观结构表征揭示了金字塔形 〈c  +  a〉 滑移、基底滑移的非施密德行为和滑移传递诱导了高 RT 延展性。


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