【摘 要】
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Mg-Al-Ca系合金由于其在高温状态下具有较高的力学性能、耐腐蚀性能好等优良的特点,在航空航天、汽车工业、电子信息产品等领域中具有较大的潜力和发展前景。但是Mg-Al-Ca系合金在铸造过程中具有铸造性能较差,易出现较多的缺陷,限制了其广泛应用。本文在Mg-Al-Ca系合金中通过添加少量的稀土元素,来改善合金在铸造过程中的缺陷,以期得到具有低成本、较高的耐高温性能的镁合金。本文采用金属模型铸造法,
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Mg-Al-Ca系合金由于其在高温状态下具有较高的力学性能、耐腐蚀性能好等优良的特点,在航空航天、汽车工业、电子信息产品等领域中具有较大的潜力和发展前景。但是Mg-Al-Ca系合金在铸造过程中具有铸造性能较差,易出现较多的缺陷,限制了其广泛应用。本文在Mg-Al-Ca系合金中通过添加少量的稀土元素,来改善合金在铸造过程中的缺陷,以期得到具有低成本、较高的耐高温性能的镁合金。本文采用金属模型铸造法,以Mg-5Al-5Ca合金为基体,通过单独添加不同含量的稀土元素Y、单独添加不同含量的稀土元素Nd和混合添加不同含量的稀土元素Y和Nd分别制得Mg-5Al-5Ca-x Y（x=0、0.5、1、1.5）合金、Mg-5Al-5Ca-y Nd（y=0、0.5、1、1.5）合金和Mg-5Al-5Ca-x Y-y Nd（x=0、0.5、1、1.5 y=0、0.5、1、1.5）合金。通过金相显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）等分析手段对合金微观组织形貌进行分析,确定随着稀土元素的加入,镁合金组织中生成的各相的组成、数量、大小及分布情况。借助显微硬度仪、电子万能力学试验机等测试手段对添加不同含量的稀土元素的镁合金进行室温和高温（150℃、175℃）状态下的力学性能的测试,研究镁合金随不同含量稀土元素加入的力学性能的变化规律。研究结果表明,添加不同含量的稀土元素Y于Mg-5Al-5Ca-x Y（x=0、0.5、1、1.5）合金中,研究发现未添加稀土元素的Mg-5Al-5Ca合金组织由α-Mg基体相和粗大的骨骼状相Al2Ca、Mg2Ca相组成。随着稀土元素Y的加入,产生了亮白色的新稀土相Al2Y相,均匀的分布于合金组织基体内和晶界处,极大的细化了合金的组织且分布的更加均匀。当添加稀土元素Y的含量为1%Y时,合金组织细化效果最明显,此时Mg-5Al-5Ca-1Y合金具有在室温和高温状态下最佳的力学性能,抗拉强度值为125 MPa（室温）、96.31 MPa（150℃）、94.90 MPa（175℃）,延伸率为3.0%（室温）、4.6%（150℃）、5.8%（175℃）,硬度值为93 HV。添加不同含量的稀土元素Nd于Mg-5Al-5Ca-y Nd（y=0、0.5、1、1.5）合金中,合金中的相由α-Mg基体相、骨骼状相Al2Ca、Mg2Ca和亮白色的新稀土相Al2Nd相组成,没有其他相的生成。随着稀土Nd含量的增多,合金组织的细化程度在不断增加,产生的新稀土相均匀的分布于合金组织基体内和晶界处,当添加稀土Nd含量为1%Nd时合金组织细化效果最明显,当加入过多稀土含量时,合金组织趋于粗大现象,此时Mg-5Al-5Ca-1Nd合金的综合力学性能最佳,抗拉强度值最大为124.9 MPa（室温）、112.2 MPa（150℃）、99.87 MPa（175℃）,延伸率值达到最大为2.9%（室温）、4.4%（150℃）、5.4%（175℃）,硬度值达到最大为94 HV。混合添加不同含量的稀土元素Y和Nd于Mg-5Al-5Ca-x Y-y Nd（x=0、0.5、1、1.5,y=0、0.5、1、1.5）合金中,此时合金组织不仅由α-Mg和Al2Ca、Mg2Ca相,还产生了新稀土相Al2Y、Al2Nd相,均匀的分布于合金组织基体内和晶界处,大量的消耗了合金中的Al元素,极大的抑制了Mg基体和粗大的骨骼状相Al2Ca、Mg2Ca的产生,很好的改善了合金组织形貌,细化合金组织。当混合加入稀土含量为1%Y+1.5%Nd时合金组织细化效果最为明显,此时Mg-5Al-5Ca-1Y-1.5Nd合金的综合力学性能最佳,抗拉强度最大值为157 MPa（室温）、153 MPa（150℃）、121.8 MPa（175℃）,延伸率最大值为4.6%（室温）、5.8%（150℃）、7.6%（175℃）,硬度最大值为99 HV。通过前面的研究对比分析得出Mg-5Al-5Ca-1Y-1.5Nd合金具有最佳的综合力学性能,对合金进行不同热处理工艺的处理,研究发现合金在固溶温度为420℃、固溶时间为24h,时效温度为200℃、时效时间为12h的热处理工艺下,合金组织的改善效果最为明显,达到了最大的力学性能,其抗拉强度值为162.30 MPa（室温）、155.60 MPa（150℃）、125.40 MPa（175℃）,延伸率为5.0%（室温）、6.2%（150℃）、8.0%（175℃）,硬度值为100 HV。
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