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1)熔體凈化作用

   稀土元素在鎂合金熔體中具有除氫、除氧、除硫、除鐵及除夾雜物的作用,從而達(dá)到除氣精煉、凈化熔體的效果。

2)改善鎂合金熔鑄過程熔體保護(hù)作用。

    鎂合金在熔煉過程中極易氧化燃燒,目前工業(yè)生產(chǎn)鎂合金一般采用熔劑覆蓋或氣體保護(hù)法熔煉,但都存在不少缺點(diǎn)。提高鎂合金熔體自身的起燃溫度則有望實現(xiàn)鎂合金在大氣下的直接熔煉,這對鎂合金的進(jìn)一步推廣應(yīng)用意義重大。稀土元素是鎂合金熔體的表面活性元素,與鎂及合金化元素鋁等的氧化物能夠在熔體表面形成致密的復(fù)合氧化物膜,有效阻止熔體和大氣的接觸,大大提高鎂合金熔體的起燃溫度。提高合金液流動性。稀土元素是鎂的表面活性元素,能夠降低合金液的表面張力;稀土元素與鎂能形成簡單的共晶體系;REMg合金結(jié)晶溫度間隔小。因此,在鎂合金中添加稀土元素能夠增加合金的流動性,減少縮松、熱裂傾向,提高充填性能,從而提高薄壁產(chǎn)品的成品率。

3)細(xì)化變質(zhì)作用

    稀土元素加入合金熔體中后,由于其平衡分配系數(shù)小于1,致使在凝固過程中,稀土元素較容易富集在固液界面前沿,增加枝晶前沿的成分過冷度,促使a-Mg枝晶產(chǎn)生更多的分枝,減小枝晶間距。這些分枝晶把剩余的液相分割成許多細(xì)小、封閉、獨(dú)立的小島,減緩溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速率。另一方面,成分過冷是成核的主要動力。成分過冷會進(jìn)一步激發(fā)熔體中的潛在成核中心,增加成核數(shù)。當(dāng)溶質(zhì)原子富集到一定程度,會形成第二相。這些第二相分布在晶界和枝晶邊界上,它們的存在可以減緩原子的擴(kuò)散,阻礙晶粒的長大,從而降低晶粒的長大速率,細(xì)化合金組織。其次,在熱加工過程和退火過程中,稀土元素能夠阻礙再結(jié)晶和晶粒的長大。

4)固溶強(qiáng)化作用

    大部分稀土元素在鎂中具有較高的固溶度,稀土原子溶入鎂基體中,三價稀土離子置換二價鎂離子,增強(qiáng)電子云密度,增強(qiáng)原子間的結(jié)合力;稀土元素與鎂的原子半徑和彈性模量的差異使鎂基體產(chǎn)生晶格畸變,由此產(chǎn)生的應(yīng)力將阻礙位錯運(yùn)動;此外,稀土原子在鎂中的擴(kuò)散系數(shù)很小。稀土元素固溶強(qiáng)化的作用主要是減慢原子擴(kuò)散速率,阻礙位錯運(yùn)動,從而強(qiáng)化基體,提高合金的強(qiáng)度和高溫蠕變性能。

5)彌散強(qiáng)化作用

    稀土元素與鎂或其他合金化元素在合金凝固過程中形成穩(wěn)定的金屬間化合物。這些含稀土的金屬間化合物一般具有高熔點(diǎn)、高熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，呈細(xì)小化合物粒子彌散分布于晶界和晶內(nèi)，高溫下可以釘扎晶界，抑制晶界滑移，同時阻礙位錯運(yùn)動，強(qiáng)化合金基體。

6)時效沉淀強(qiáng)化作用

大部分稀土元素在鎂中具有較高固溶度,并且固溶度隨溫度降低而降低。當(dāng)處于高溫下的單相固溶體快速冷卻時,形成不穩(wěn)定的過飽和固溶體,該過程和固溶體在一定溫度下經(jīng)過長時間的時效,能夠形成細(xì)小而彌散的析出沉淀相,該脫溶沉淀相具有較高的熔點(diǎn)和熱穩(wěn)定性,同時具有細(xì)小尺寸及與鎂基體的良好界面關(guān)系析出相與位錯之間產(chǎn)生交互作用,可提高合金強(qiáng)度和高溫蠕變抗力。當(dāng)鎂合金中添加兩種或兩種以上稀土元素時,由于稀土元素間的相互作用能夠降低彼此在鎂中的固溶度,并相互影響其過飽和固溶體的沉淀析出動力學(xué),會產(chǎn)生附加強(qiáng)化作用。

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         2021年7月19日