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我国镁资源和稀土资源特别丰富,在我国研究含稀土的耐热镁合金具有独特的优势,而发展汽车用低成本耐热镁合金将是二十一世纪镁工业发展的关键。本研究以开发汽车传动部件用耐热镁合金为目标,工作重点是合金材料的性能,但同时考虑材料的成本,通过研究纯稀土对Mg-4Al基压铸合金的组织与性能的影响,探索稀土在其中的作用规律和强化机理,进而研究廉价铈镧混合稀土对Mg-4Al基压铸合金的组织与性能的影响,最终目的是研制新型低成本高性能耐热压铸镁合金。
通过高压压铸工艺制备了Mg-4wt.%Al-1~-6wt.%RE-0.4Mn合金(RE=La,Ce,Pr, Nd),研究了合金的压铸成形、微观组织、合金强化相、拉伸性能、蠕变性能以及腐蚀性能。结果表明,该系列合金流动成形性良好,合金组织细致均匀,无明显铸造缺陷,压铸性能良好;合金晶粒尺寸在10μm左右,各稀土细化合金组织效果为La>Ce>Pr>Nd;合金中主要存在两种强化相:Al11RE3和Al2RE;在稀土含量较高的合金中以晶界附近密集排列的针状/层片状Al11RE3为主要强化相,含不同稀土合金中强化相体积分数为La>Ce>Pr>Nd;当稀土含量≥4wt.%时,合金在室温到200℃范围内能够保持良好的拉伸性能,室温下,抗拉强度可达250MPa以上,屈服强度达150MPa以上,延伸率在10%以上;200℃时抗拉强度和屈服强度均超过100MPa,其中以含La合金性能更好,综合来看,当稀土含量在4wt.%时,合金具有最佳的性价比;压铸Mg-4Al-4RE-0.4Mn合金中的主要强化相Al11RE3的热稳定性和其中的RE种类密切相关,实验和计算结果表明Al11La3相最稳定,压铸AlLa44合金在蠕变过程中晶界附近组织最稳定,抗高温抗蠕变性能最好。
利用我国特有的、丰富的廉价铈镧混合稀土研制了Mg-4Al-xCeLa-0.4M系新型低成本耐热压铸镁合金。新型耐热压铸镁合金AlCeLa44对比Hydro Magnesium公司开发的AE44合金的优势突出表现为:更优异的力学性能和耐热性能、更低的合金成本、更具可持续性原料供应保障。除了作为传动系统耐热件外,还可用作承载悬架结构件和冲撞敏感部件,如果市场开拓得力,该系列新型合金完全有可能成为扩大汽车应用镁合金的突破点和驱动力。