稀土镁合金是一种具有较高强度和耐腐蚀性能的轻质合金材料,被广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。在大型复杂主承力铸件领域,稀土镁合金具备高强度、低密度、优良的机械性能和耐腐蚀性能等特点,因而被视为替代重型钢的理想材料。
Mg-Y-RE-Zr合金在电弧熔丝增材制造过程中的组织演变机制。实验结果表明,随着沉积高度的不断提高,沉积层的冷却速度逐渐降低,导致了沉积层晶粒尺寸沿高度方向逐渐粗化。此外,电弧加热导致的多重热循环会对已沉积层形成“原位固溶”和“原位时效”的效果。沉积层底部的共晶组织在多重热循环的作用下发生溶解,随后稀土元素又在多重热循环的作用下下沉淀析出,在晶界和晶内形成了弥散分布的β’和β1相。沉积层组织主要由粗大的α-Mg枝晶和连续粗大的共晶组织组成,并未发现稀土沉淀相的存在。
稀土镁合金泛指含有稀土元素(rare earth)的镁合金。镁合金是工程应用中轻的金属结构材料,具有密度低、比强度高、比刚度高、减震性高、易加工、易回收等优点,在航天、、电子通讯、交通运输等领域有着的应用市场,特别是在铁、铝、锌等金属资源紧缺大背景下,镁的资源优势、价格优势、产品优势得到充分发挥,镁合金成为一种迅速崛起的工程材料。面临国际镁金属材料的高速发展,我国作为镁资源生产和出口大国,对镁合金开展深入研究和应用前期开发工作意义重大。
镁具有资源丰富、可回收利用、比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性导热性好以及减震性好的一系列特性,广泛应用于通信、电子、汽车、化工、航空航天等领域,被誉为“21世纪绿色工程材料”。但镁合金强度偏低、耐蚀耐热性差等缺点制约了镁合金的大规模应用。通过向Mg-Zn二元合金中添加Zr,除了可以细化晶粒,还可以明显缩小合金的结晶温度间隔,大幅降低合金的缩松和热裂倾向,提高合金的铸造性能和力学性能。在镁合金中添加稀土,可产生除气脱氧净化、晶粒组织细化及强化、增加合金的流动性、改善热裂和缩松等效果,从而提高镁合金的耐热耐蚀性、强度、硬度等力学性能。
随着现代工业技术的迅猛发展,尤其是近年来,5G通信、3C产品及汽车电子等零部件对材料的导热性能提出越来越高的要求,以和提高产品的寿命及工作稳定性。通过向稀土镁合金中添加Zn和Zr元素,以期制备得到高导热系数和力学性能的新型镁合金,考察Zn含量的变化对镁合金组织结构和性能的影响。
镁合金是减轻武器装备质量 , 实现武器装备轻量化,提高武器装备各项性能的理想结构材料。武器装备的需要, 推动了镁合金材料及应用技术开发的发展。在方面,以稀土金属钕为主要添加元素的ZM6铸造镁合金已用于直升机减速机匣、歼击机翼肋及30kW发电机的转子引线压板等重要零件。随着冶炼和加工技术的进步、价格的降低、武器装备轻量化要求的日益提高,镁合金在武器装备上的应用需求越来越大。
在我国,的稀土镁合金以前主应用于航空航天、导弹等领域,近年来,镁合金及镁基复合材料已逐步在武器和弹药上得到成功应用,发展十分迅速。国外镁合金在武器上应用的典型实例:
(1)美军正在研制的 21 世纪士兵武器——理想的单兵综合作战系统, 计划用镁合金做壳体等构件,使质量从8.17 kg降到6.37 kg;
(2)美军正在研制的水平水陆两栖突击车,采用镁合金做壳体,并采用了的镁合金表面防护技术,经试验证明,表面性能良好;
(3)国外已将镁合金用于次口径脱壳弹软壳,穿甲弹弹托;
(4)法国MK50式反坦克枪榴弹部分零件应用了镁合金材料,其全弹质量仅为800g;
(5)美国制造的Racegan(强装药,战斗用手枪)扳机等零件采用镁合金,重量减轻 45 %,击发时间减少66 % 。