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北卡罗来纳州立大学开发出高强度镁合金

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来源: 作者: 2019-04-05 21:48:29

北卡罗来纳州立大学的研究人员近日开发出一种新的技术,能够制造出用于商用车车架或汽车面板的高强度镁合金。镁合金通过热轧法实现晶体层的堆垛层错现象(stackingfaults),产生的效果是镁合金的屈服强度(yieldstrength)到达575兆帕,极限强度(ultimatestrength)到达600兆帕,延展性等级为中(5.2%均匀伸长率)。

纳米间距堆积层错是层状结构晶格中常见的一种面缺点,它是晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了毛病,从而导致的沿该层间平面(称为层错面)两侧附近原子的毛病排布。

由于镁金属储量丰富、密度较低、可铸性强、循环利用率高,镁和镁合金在近几年被逐步应用于汽车面板制造中。但是,镁合金的强度不足在很大程度上限制了其运用,普通镁合金的拉伸屈服强度为兆帕,平均伸长率为2%-8%。

除传统沉淀强化(precipitationcontrol)工艺,增强镁合金强度主要依托两种手段:第一种,晶粒细化。晶粒细化就是对凝固的金属进行振动和搅动,一方面依靠从外面输入能量促使晶核提早形成,另一方面使成长中的枝晶破碎,增加晶核数目。目前已采取的方法有机械搅拌、电磁搅拌、音频振动及超声波振动等。利用机械或电磁感应法搅动液穴中熔体,增加了熔体与冷凝壳的热交换,液穴中熔体温度降低,过冷带增大,破碎了结晶前沿的骨架,出现了大量可作为结晶核的枝晶碎块,从而使晶粒细化。通过这种方法,铝合金的屈服强度将到达最高600兆帕,并形成均匀分布长期有序结构。

另一种增强铝合金强度的方法能够用来取得超细晶粒(直径小于1微米)。高浓度晶界(GBs)存在于超细晶粒的微观结构中构成晶粒原子位移的屏障,限制分子运动,从而提高了镁合金的强度。但此方法对屈服强度的提升作用并不大,常常只能从250兆帕提升到400兆帕左右。另外,虽然位错滑移(dislocationslip)是提升铝合金延展性和强度的有效方法,但细化晶粒会抑制形变双晶(deformationtwinning)的原有属性,致使超细化晶粒在低温环境下强度下降,不利于进一步加工成型。

研究人员选择镁合金、钆(gadolinium)、钇(yttrium)、银和锆(zirconium)等材料均能够通过热轧法形成纳米间距堆垛层错结构。高密度的层错结构允许材料进一步的加工和成型。

理论上,新型铝合金的强度为传统铝合金的两倍,其重量则只有钢材的一半,非常适合运用于运输车辆的车架或汽车面板中。 (:中冶有色技术)

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