铸造方式对Mg-Gd-Y-Ag-Zr铸造合金组织和性能的影响

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作为所有结构金属中最轻的一种,镁合金以其低密度、高比强度、良好的减振和抗冲击性能、优异的导电导热性能和突出的电磁屏蔽效果等诸多优点,在汽车、航空航天和电子等领域有重要应用前景。此外,镁合金还具有良好的可回收性,可以通过重新熔炼的方式再利用,被誉为“21世纪的绿色工程材料”。然而纯镁的力学性能差,塑性韧性低,难以满足工程结构材料的需求,需要通过合金化等方式来改善镁的力学性能。除力学性能以外,镁合金的耐蚀性也是阻碍镁合金广泛使用的一个重要因素。镁合金化学性质活泼,标准电极电位仅为-2.36 V,在潮湿的空气和溶液中很容易腐蚀,生成的氧化膜疏松多孔,无法有效地保护基体,导致耐蚀性较低。改善镁合金的耐蚀性和力学性能已经成为扩大镁合金应用的重要研究内容。镁合金中加入稀土元素可以有效地改善合金的组织,提高强度和耐蚀性,是镁合金中最有效的合金化元素。开发稀土镁合金可以同时弥补镁合金的力学性能和耐蚀性方面的缺陷。目前,具有代表性的稀土镁合金有Mg-Nd,Mg-Y,Mg-Gd三种体系,其中Mg-Gd-Y系合金以其良好的室温强度和高温抗蠕变性受到了国内外学者的广泛关注。本文选取 Mg-Gd-Y-Ag-Zr合金为研究对象,针对目前国内外关于铸造方式对合金材料组织和性能影响研究较少的问题,重点研究了低压铸造和重力铸造两种不同铸造方式对其力学性能,显微组织和耐蚀性的影响。  本研究主要内容包括:①低压铸造Mg-Gd-Y-Ag-Zr合金铸态组织中缺陷较少,弥补了由于晶粒尺寸较大造成的合金屈服强度的下降问题。相同状态下低压铸造 Mg-Gd-Y-Ag-Zr合金的屈服强度、抗拉强度均优于重力铸造合金,延伸率基本无差别。尤其是在T6时,低压铸造抗拉强度达346Mpa,较重力铸造高21%。②在Mg-Gd-Y-Ag-Zr合金的凝固过程中,低压铸造合金凝固速度慢,凝固过程中固相和液相成分变化与平衡凝固相似,合金中的 Gd、Y元素趋于形成Mg5(Gd,Y)和 Mg24(Gd,Y)5相。在重力铸造合金的凝固中,由于成分波动,液相中的富 Gd区域会优先形成凝固点更高的 Mg3(Gd,Y)相,重力铸造合金凝固速度快,固相中的溶质原子来不及扩散,许多高熔点的Mg3(Gd,Y)相保留至室温,大量的Gd、Y元素被消耗掉,导致合金组织中的Mg5(Gd,Y)和Mg24(Gd,Y)5相含量较少。重力铸造 Mg-Gd-Y-Ag-Zr合金铸态组织中残留的大量高熔点 Mg3(Gd,Y)相,使得合金的固溶效果不理想,基体中的稀土元素含量比低压铸造合金基体少,从而影响其时效过程产生的析出相数量,导致重力铸造合金T6态的性能远远低于低压铸造合金。③Mg-Gd-Y-Ag-Zr合金的腐蚀类型主要为颗粒相 Mg3(Gd,Y)和 Mg5(Gd,Y)与α-Mg构成的电偶腐蚀。④低压铸造Mg-Gd-Y-Ag-Zr合金在铸态和 T6态时析氢速率均大于重力铸造合金,而在T4态时,其析氢速率却小于重力铸造合金,同时低压铸造合金经过固溶处理后,合金的耐蚀性得到了改善,而重力铸造合金经过固溶处理后,合金的耐蚀性发生了下降。
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