部分高強(qiáng)耐熱稀土鎂合金體系的相關(guān)系及其凝固組織分析.pdf

1、鎂合金是目前實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比重輕、比強(qiáng)度和比剛度高、良好的電磁屏蔽能力、阻尼減震性好、易切削加工性和可再生利用性等優(yōu)異性能，在汽車、航空航天及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。然而，鎂合金室溫強(qiáng)度不高、高溫強(qiáng)度低、抗蠕變性能差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了鎂合金的應(yīng)用。稀土加入鎂合金中能夠提高其力學(xué)性能、抗蠕變性能及耐腐蝕性能等，Mg-Zn合金中添加稀土元素會顯著改善合金的力學(xué)性能

2、和耐熱性。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50731002):新型鎂合金結(jié)構(gòu)材料相圖與合金化研究，通過實(shí)驗(yàn)測定和相圖計(jì)算(CALPHAD)方法，對Mg-Ce-Gd-La-Nd-Pr-Sm-Zn多元系中部分二元、三元系的相關(guān)系進(jìn)行了研究，根據(jù)所建立的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫模擬了典型Mg-Zn-RE合金凝固過程中的組織演變，為鎂合金的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，主要研究工作如下:
　　(1)采用合金法，通過X-射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(

3、SEM)和電子探針顯微分析(EPMA)等檢測分析手段，測定了Mg-Zn-Gd三元系673K富鎂角的等溫截面。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了存在三元相X相(14H長程有序結(jié)構(gòu))、W相（面心立方結(jié)構(gòu)）和I相（二十面體準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)），檢測到三個(gè)兩相區(qū):(Mg)+X、(Mg)+W、(Mg)+I;四個(gè)三相區(qū):(Mg)+X+Mg5Gd、(Mg)+X+W、(Mg)+W+I、L+(Mg)+I。其中Mg5Gd相、W和I相都有一定溶解度范圍。
　　結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)信息，運(yùn)

4、用CALPHAD方法優(yōu)化計(jì)算了Gd-Zn二元系和Mg-Zn-Gd三元系，其中液相采用替換溶液模型，有序相BCC B2與無序相BCC A2采用了同一個(gè)吉布斯自由能表達(dá)式，以處理BCC_B2與BCC_A2之間的有序無序轉(zhuǎn)變關(guān)系。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。
　　(2)采用同(1)實(shí)驗(yàn)方法測定了Mg-Gd-Nd三元系673 K富鎂角的等溫截面。實(shí)驗(yàn)檢測到三元相β，檢測到兩個(gè)三相區(qū):(Mg)+Mg41Nd5+β、Mg5Gd+Mg41Nd5+β

5、;兩個(gè)兩相區(qū):(Mg)+Mg5Gd、(Mg)+Mg41Nd5。二元化合物Mg5Gd、Mg41Nd5有較大的溶解度范圍。
　　結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)信息，運(yùn)用CALPHAD方法優(yōu)化計(jì)算了Gd-Nd二元系和Gd-Mg-Nd三元系。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)信息吻合。
　　(3)結(jié)合實(shí)驗(yàn)信息，選擇合理的熱力學(xué)模型，采用CALPHAD方法優(yōu)化計(jì)算了Mg-Zn-La、Mg-Zn-Ce、Mg-Zn-Nd、Mg-Zn-Pr和Mg-Zn-Sm三元系，其中所

6、有有序相BCC_B2與無序相BCC_A2都采用了同一個(gè)吉布斯自由能表達(dá)式來處理BCC_B2和BCC_A2之間的有序無序轉(zhuǎn)變。每一個(gè)三元合金體系都得到一套自洽的熱力學(xué)參數(shù)。
　　(4)建立了Mg-Ce-Gd-La-Nd-Pr-Sm-Zn多元系的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，可應(yīng)用于稀土鎂合金的成分和熱處理工藝設(shè)計(jì)。
　　(5)采用掃描電子顯微鏡和X-射線衍射分析等檢測分析手段，觀察了幾個(gè)典型的Mg-Zn-RE(RE=Ce、Nd、Gd和Sm)，