稀土等添加元素在镁合金中的作用

   2020-09-01 互联网中国铸造网15670
核心提示:Al--提高合金的室温强度,赋予热处理强化效果。Zn--可以提高合金的强度、塑性及抗蠕变性能。锌含量大于2.5

Al--提高合金的室温强度,赋予热处理强化效果。

Zn--可以提高合金的强度、塑性及抗蠕变性能。锌含量大于2.5%时则对合金的防腐性能有负面影响。一般含量控制在2%以下。

Mn--对合金的机械性能影响不大,但降低塑性。在镁合金中加入1%~2.5%Mn的主要目的是提高合金的抗应力腐蚀倾向,从而提高耐腐蚀性能和改善合金的焊接

性能。

Si--可用于改善压铸件的热稳定性能与抗蠕变性能。

Zr--可细化晶粒,减少热裂倾向,提高机械性能和提高耐腐蚀性。在镁合金中加入0.5%~0.8%的Zr,其晶粒细化效果最好。

Ca--可细化组织,使蠕变抗力有所提高,并进一步降低成本。

稀土元素--可显著提高镁合金的耐热性,细化晶粒,减少显微疏松和热裂倾向,改善铸造性能和焊接性能。一般无应力腐蚀倾向。常用的稀土元素有Ce,La,Nd,Pr和Y等。

杂质元素Fe,Ni,Cu,Co--这4种元素在镁中的固溶度很小,在其浓度(质量分数)小于0.2%时就对Mg产

生有害影响,加速镁合金的腐蚀。

稀土元素在镁合金中起到非常重要的作用,对镁合金的使用性能及成形能力均有很大的影响。稀土元素可以净化合金溶液、改善合金组织、提高合金室温及高温力学性能、增强合金耐腐蚀性能等。

稀土金属化学活性较强,具有去除H、O、S、Cl、Fe等夹杂元素的作用,同时能改善合金流动性和加工性能。。稀土可将合金中呈溶质状态的Fe、Co、Ni、Cu改变为Mg-Re-Fe(Cu)-Al(或Zn.Mn)金属间化合物的状态,抑制铁对合金的腐蚀作用。

含稀土镁合金在溶液中可形成钝化膜,提高其耐腐蚀性能。稀土加入镁合金中,可细化合金组织,促进合金表面氧化膜由疏松转变为致密,降低合金在液态和固态下的氧化倾向,提高合金耐热性能和耐腐蚀性能。

通常认为三价稀土元素提高了合金中的电子浓度,增加镁合金的原子结合力,减小了镁在200~300℃的原子扩散速度,特别是镁与稀土的化合物热稳定性高,能提高合金的热稳定性能。

稀土元素在镁中有较大固溶度,可以实现固溶强化、沉淀强化;稀土与Mg、Al和其他合金元素如(Zn,Zr,Mn)形成高熔点、热稳定性好的金属间化合物实现弥散强化,从而提高耐热、抗高温蠕变等性能。含稀土镁合金有较高的蠕变性能主要归因于Mg-Re化合物的弥散强化和其在晶界上对晶界滑动的影响。

铈的原子序数为58,相对原子质量140.115。铈为铁灰色金属,有延展性,熔点799°C,沸点3426°C,密度6.657克/厘米3

。铈是稀土元素中除铕以化学性质最活泼的,它在室温下容易氧化;在冷水中缓慢分解,在热水中反应加快。大多数铈盐及其溶液为橙红色到橙黄色,具有反磁性和强氧化性。铈在地壳中的含量约0.0046%,是稀土元素中丰度最高的。

钕的原子序数为60,相对原子质量144.24。1841年瑞典化学家莫桑德尔从铈土中得到镨、钕的混合物;1885年奥地利的韦耳斯拔分离出绿色的镨盐和玫瑰色的钕盐,并确定它们是两种新元素。钕为银白色金属,熔点1024°C,密度7.004g/cm3

钕是最活泼的稀土金属之一,在空气中能迅速变暗,生成氧化物;在冷水中缓慢反应,在热水中反应迅速。钕在地壳中的含量为0.00239%,主要存在于独居石和氟碳铈矿中。

少量的铈和钕在镁合金中就可净化镁合金液,改善铸造性能。较多的铈和钕可以明显细化晶粒,改善微观组织,还能通过析出强化,少量的固溶强化来提高镁合金的常温和高温力学性能。铈和钕在室温和高温下有固溶强化和沉淀强化作用,能改善高温抗拉性能、蠕变性能以及耐腐蚀性能。


 
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