Influența elementelor pământurilor rare asupra proprietăților mecanice ale aliajelor de magneziu
Magneziul și aliajele sale, ca cele mai ușoare materiale structurale metalice în prezent, au avantaje precum densitate scăzută, rezistență și rigiditate specifică ridicate, amortizare ridicată, conductivitate termică bună, prelucrabilitate excelentă, dimensiune stabilă a piesei și reciclare ușoară. Ele sunt utilizate pe scară largă în industrii precum aviație, aerospațială, industria auto, transporturi, electronice, comunicații și computere.
Datorită proprietăților mecanice insuficiente și rezistenței slabe la coroziune, aliajele de magneziu sunt limitate în aplicarea lor pe scară largă în producție și viața de zi cu zi. Cu toate acestea, atunci când se adaugă o cantitate mică de pământ rar, diferitele proprietăți ale aliajelor de magneziu pot fi mult îmbunătățite. Elementele pământurilor rare sunt situate în grupa IIIB a tabelului periodic. Structura electronică cea mai exterioară a atomilor este aceeași, ambii având doi electroni, în timp ce a doua structură electronică exterioară este similară. Numărul de electroni de pe orbital 4f din al treilea până la ultimul strat variază de la 0 la 14; Proprietățile chimice nu sunt semnificativ diferite și toate sunt foarte active. Aliajele de magneziu și elementele pământurilor rare au ambele o structură cristalină densă hexagonală, astfel încât elementele pământurilor rare au o solubilitate solidă ridicată în aliajele de magneziu. Cu excepția Sc, celelalte 16 elemente de pământuri rare pot forma faze eutectice cu Mg, iar cele mai multe elemente de pământuri rare au solubilitate solidă ridicată în Mg.
Efectul elementelor pământurilor rare asupra purificării și rafinarii cerealelor din aliajul de Mg
Magneziul are proprietăți chimice active și este predispus să reacționeze cu O2 și H2O pentru a forma MgO, rezultând prezența incluziunilor de oxid în aliajele de magneziu, ceea ce reduce calitatea și performanța aliajelor de magneziu. Incluziunile oxidate există în general pe granițele matricei sau ale granulelor turnate de aliaj de magneziu, provocând fisuri de oboseală în aliaj și reducând proprietățile mecanice și de rezistență la coroziune. Adăugarea de elemente de pământuri rare poate nu numai să reducă numărul de incluziuni, ci și să rafinați dimensiunea granulelor și să îmbunătățească performanța aliajului.
Când elementul de pământ rare Ce este adăugat la aliajul de magneziu AM50, Ce joacă un rol în purificarea aliajului, reducând impuritățile precum Fe și Ni. Adăugarea de Y poate reduce dimensiunea granulelor din aliajul extrudat Mg Zn Zr, iar dimensiunea granulelor nu conține poate reduce de la 14,2 μm la 3,2 μm, scădere la 3% (fracție de masă). Scăderea este de până la 77%.
1. Influența elementelor pământurilor rare asupra proprietăților mecanice ale aliajului de Mg
Sistem 1,1Mg Al RE
Aliajele de magneziu din seria Mg Al sunt în prezent cea mai diversă și utilizată serie de aliaje de magneziu. Elementele de pământuri rare adăugate la aliajele de magneziu din seria Mg Al includ în principal Ce, Y, Nd, etc. Aliajele pe bază de Mg Al fără elemente de pământuri rare includ în principal - dendrite de Mg și compuși intermetalici distribuiți între dendrite - faza Mg17Al12; Și când elementele pământurilor rare sunt adăugate aliajelor pe bază de Mg-3% Al, - dendritele de Mg devin mai fine, compușii intermetalici - faza Mg17Al12 este înlocuită cu Al11RE3 și A12RE.
Faza Al11RE3 este practic stabilă la 200 de grade. Pe măsură ce temperatura continuă să crească, faza Al11RE3 se va transforma în faza Al2RE. Acest lucru indică, de asemenea, că stabilitatea Al11RE3 este condiționată.
După adăugarea elementelor din pământuri rare, rezistența aliajului crește atât la temperatura camerei, cât și la 200 de grade, alungirea rămâne la un nivel relativ ridicat. Creșterea rezistenței după adăugarea elementelor de pământ rare poate fi legată de următorii factori: în primul rând, formarea unei cantități mari de compus intermetalic Al11RE3 joacă un rol semnificativ în întărirea limitelor dendritei; În al doilea rând, adăugarea de elemente de pământuri rare a rafinat brațele dendritice și a promovat îmbunătățirea rezistenței; În cele din urmă, adăugarea de elemente de pământ rare, în special Y, va spori rezistența matricei de Mg prin consolidarea soluției solide.
Sistem 1,2 Mg-Zn-RE
Aliajele pe bază de Mg Zn sunt utilizate pe scară largă în aliajele de magneziu deformate și au o bună capacitate de întărire a îmbătrânirii. Există multe tipuri de elemente de pământuri rare adăugate aliajelor de Mg Zn, cum ar fi Y, Er, Gd, Nd, Ce etc. După adăugarea elementelor de pământuri rare, proprietățile mecanice ale aliajului sunt îmbunătățite, deoarece elementele de pământuri rare pot rafina fazele de întărire a dimensiunii granulelor și a formei din aliaj, îmbunătățind rezistența aliajului.
Adăugarea elementelor de pământ rare Ce și Gd la aliajul turnat Mg-3.8Zn{-2.2Ca a dus la o creștere a rezistenței la tracțiune de la 123,8 MPa la 146,1 și 130,6 MPa și o creștere a alungirii de la 2,4% la 3,5% și, respectiv, 2,9%.
Pur și simplu studierea adăugării elementelor de pământuri rare la aliajele turnate nu poate îndeplini cerințele de rezistență ale aliajelor. Din ce în ce mai mulți cercetători încep să studieze efectele duale ale deformării și adăugării elementelor de pământuri rare asupra proprietăților aliajelor. Un studiu comparativ al aliajelor Mg{{0}}.0Zn{-0.9Y-0.16Zr turnate și extrudate a relevat o îmbunătățire semnificativă a proprietăților mecanice după extrudare, cu rezistență la tracțiune, limită de curgere , iar alungirea a crescut de la 168105 MPa și 1,8% la 363317 MPa și, respectiv, 12%. Îmbunătățirea proprietăților mecanice este atribuită efectului de rafinare a cerealelor după extrudarea aliajului. Proprietățile mecanice ale aliajului Mg-6Zn{-1Mn{-0.5Ce după extrudare au fost de asemenea îmbunătățite, cu limita de curgere crescută de la 209 MPa la 232 MPa, rezistența la tracțiune a rămas practic neschimbată și alungirea a crescut de la 11,5% la 14,7%. În comparație cu aliajul turnat M-12Zn{-1.5Er, proprietățile mecanice ale aliajului extrudat au fost îmbunătățite semnificativ.
Sistem 1,3 Mg Li RE
Aliajul Mg Li este cea mai ușoară serie de aliaje de magneziu. După adăugarea elementelor de pământuri rare, proprietățile mecanice ale aliajului de Mg Li sunt îmbunătățite prin consolidarea soluției solide și formarea de compuși intermetalici mici și dispersați. Există multe tipuri de elemente de pământuri rare adăugate aliajelor de Mg Li, cum ar fi Y, Ce, Nd etc.
Adăugarea de elemente de pământuri rare la aliajul de Mg-5Li-3Al-2Zn are ca rezultat formarea fazelor de Al2RE sau Al3RE și o scădere a fazelor de AlLi. Odată cu adăugarea de elemente de pământ rare, rezistența la tracțiune a aliajului crește odată cu creșterea cantității de adăugare. Cu toate acestea, atunci când cantitatea de adăugare depășește 1,5% (fracție de masă), rezistența la tracțiune scade. Tendința de modificare a elongării este aceeași cu cea a rezistenței la tracțiune. Când cantitatea de adăugare este de 1,5% (fracție de masă), Mg-5Li{-3Al{-2Zn{-1.5RE are rezistența la tracțiune și alungirea optime, care sunt de 206,5 MPa și, respectiv, 14,4%.
Nd poate îmbunătăți, de asemenea, rezistența la tracțiune și alungirea aliajelor. Când conținutul de Nd este de 2,0% (fracție de masă), rezistența la rupere a aliajului de Mg-8Li{-3Al atinge un vârf de 185,95 MPa, iar când conținutul de Nd este de 1,6 % (fracție de masă), alungirea atinge un vârf de 16,3%. Îmbunătățirea proprietăților mecanice este atribuită reducerii adaosului de Nd Mărimea fazei și distribuția noii faze Al2Nd la alunecarea constrângerii la limita fazei. BinJiang și colab. a investigat efectele Ce și Y asupra proprietăților aliajului de Mg-8Li{-2Zn. Cercetările au descoperit că adăugarea de 0,5% (fracție de masă) Ce și Y la aliajul Mg{-8Li{{-2Zn poate îmbunătăți rezistența și, în aceleași condiții, efectul lui Y este mai semnificativă decât cea a lui Ce. Adăugarea de 0,5% (fracție de masă) Y a crescut simultan alungirea aliajului de Mg{-8Li{{-2Zn, în timp ce Ce a redus alungirea.
1.4 Altele
Pentru aliajul Mg-4Y{-4Sm{-0.5Zr, rezistența la tracțiune și limita de curgere slăbesc ușor odată cu creșterea temperaturii de extrudare; Dimpotrivă, odată cu creșterea temperaturii de extrudare după îmbătrânire, rezistența la tracțiune și limita de curgere cresc. Când aliajul este învechit la 200 de grade timp de 16 ore, aliajul extrudat la 400 de grade are proprietăți mecanice optime, cu o rezistență la tracțiune de 400 MPa, o limită de curgere care depășește 300 MPa și o alungire de 7%. După 14 cicluri de comprimare prin extrudare, limita de curgere, rezistența la tracțiune și alungirea aliajului Mg{-10Gd-2Y{-0.5Zr au crescut cu 20%, 8,2% și 150%, respectiv.
Adăugarea elementului de pământuri rare Ce în aliajul M-3Sn-2Ca poate îmbunătăți semnificativ proprietățile mecanice ale aliajului atunci când conținutul de Ce atinge 1,5% (fracție de masă) sau mai mult. Când conținutul de Ce este de 2% (fracție de masă), creșterea rezistenței la rupere, a curgerii și a alungirii la temperatura camerei este de 24,4%, 28,6% și, respectiv, 73,7%. Creșterea la 150 de grade este de 22,4%, 28,8% și, respectiv, 56%.
Elementul de pământ rare Y poate îmbunătăți, de asemenea, rezistența aliajelor. Când cantitatea de adăugare este de 1,5% (fracție de masă), proprietățile mecanice ale aliajului sunt optime, cu rezistență la tracțiune, limita de curgere și alungire la temperatura camerei de 150, 137MPa și, respectiv, 3,2%, cu creșteri de 18,1%, 22,3 % și 68,4%. Creșterile corespunzătoare la 150 de grade sunt de 19,8%, 24% și, respectiv, 54,9%. În cercetările lui ChengWeili, s-a constatat, de asemenea, că Ce poate îmbunătăți proprietățile mecanice ale Mg-5Sn-4Zn.
HNRE produce toate aliajele de magneziu de pământuri rare menționate mai sus, dintre care unele sunt destul de populare, cum ar fi aliajele principale Mg-Gd, Mg-Nd, Mg-Zr, Mg-Ce, Mg-Y, Mg-Er. Toate componentele și rapoartele pot fi personalizate în funcție de cerințele clientului.