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由于镁合金具有优良的特点使其在汽车工业、航空航天等领域应用越来越广泛,但其较低的耐热性能限制了它作为结构材料的应用范围。提高耐热性是镁合金的主要研究方向之一。本文通过光学显微镜、X射线衍射分析、扫描电子显微镜及能谱分析等试验方法和手段对金属模铸造的Mg-4Al-(1Zn)-1Sr-XNd合金和水冷模铸造的Mg-4Al-1Zn-1Sr-2Nd合金显微组织及力学性能进行研究,分析了稀土元素Nd以及水冷模铸造对合金组织和性能的影响。
X射线衍射分析结果表明Mg-4Al-(1Zn)-1Sr基体合金主要由：α-Mg、Al4Sr、Mg17Al12组成。添加稀土Nd后,出现了细针形的Al11Nd3和块状多边形的Al2Nd,Al11Nd3随着Nd含量的增加最终演变为菊花状,Al2Nd随着Nd含量的增加数量增加,体积增大。
添加稀土元素Nd能够细化合金晶粒,提高合金的室温和175℃高温拉伸性能。当Nd含量为1.0wt.％时合金的室温和高温断后伸长率达到峰值,室温时分别为9.0％和9.5％(含Zn),高温时分别为16.5％和17.1％(含Zn)。当Nd含量为2.0wt.％时合金的室温和高温抗拉强度、屈服强度达到峰值,抗拉强度室温时分别为206MPa和211MPa(含Zn),高温时分别为138MPa和141MPa(含Zn),屈服强度室温时分别为127MPa和134MPa,(含Zn),高温时分别为100MPa和101MPa(含Zn)。细针形的Al11Nd3对合金拉伸性能有利,而大块状的Al2Nd相与基体较差的结合力,使得合金拉伸过程中过早的萌生裂纹,是导致合金拉伸性能下降的主要原因。
Mg-4Al-1Zn-1Sr-xNd合金在175℃/70MPa条件下的抗蠕变性能随着Nd含量的增加而增加,当Nd含量为3.0wt.％时合金100h蠕变变形量和稳态蠕变速率最小,分别是2.99％和92.7×10-10s-1。Nd元素是通过抑制Mg17Al12相的不连续析出和Al11Nd3相强化作用,提高合金抗蠕变性能的。
水冷模铸造没有改变合金的物相组成,但进一步细化了合金晶粒,改变了析出物的分布方式,进一步提高了合金高温抗拉强度、屈服强度,但降低了合金室温抗拉强度、屈服强度,降低了合金的塑性。合金中析出物的连续网状分布引起晶界处、Al11Nd3与Al4Sr交叠分布处的脆化是合金室温抗拉强度、屈服强度降低的主要原因。
水冷模铸造大幅度提高了合金的抗蠕变性能,这是由于合金中呈网状密集分布的析出物,形成了"T"字形的稳定结构,很好的强化了晶界和晶粒,大幅提高合金抗晶界滑移蠕变和位错滑移蠕变的能力。