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新型高强、高韧稀土镁合金研发及关键工程技术
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TG146.22
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属于材料领域的有色金属及其合金材料学科。 镁合金是质量轻、比强度高、比刚度高的最有发展前景的金属结构材料,中国的镁和稀土资源都占世界的40%以上,如何解决镁合金存在“强度低、塑性差、不耐高温”三大关键科学问题以及“成形工艺与工程化应用”难题,成为世界先进材料技术领域的竞争热点。项目在张洪杰院士的领导下率先深入系统地开展了稀土镁中间合金、高性能稀土镁合金的研发及其工程化技术研究,分别开发了高强、高韧和高强、耐热稀土镁合金材料,并在轻、重i稀土合理固溶、大尺寸铸棒防裂纹、大型复杂件工程化技术上取得重大突破,创新成果如下: 发明了合理调节轻、重稀土凝固系数来抑制大尺寸铸棒裂纹的关键技术。创新性提出通过调配稀土钇(Y)和钆(Gd)及镧(La)铈(Ce)的配比,解决了轻重稀土与Zn的凝固系数的平缓梯度变化来达到抑制稀土镁合金的热裂关键技术问题,发现了Y和Gd与Zn形成Gd4Zn和Y2Zn固溶强化相的机制,提出析出相强化与织构强化的协同作用机制,发明了高强高韧稀土镁合金材料,解决了镁合金强度与高塑性难兼容问题,室温抗拉强度达到347Mpa,屈服强度为290Mpa,延伸率为12.5%,实现直径600mm×3000mm稀土镁合金铸棒的成功生产,实现铸棒直接三向自由锻的工程化工艺,在航天领域得到应用。 发明了低成本、细晶强化提高镁合金流动性的稀土强化技术。首次提出采用大量过剩、廉价La/Ce混合稀土、富钇混合稀土为原料,研发低成本、耐热抗蠕变稀土镁合金的方法,发现La/Ce混合稀土经过合适的热处理工艺可以在镁基体中生成大量弥散的Al11(La/Ce)3高温强化相,达到弱化基面织构和降低各向异性的作用机制,解决了传统镁合金强度低、耐热抗蠕变性能差的关键问题,其室温抗拉强度271MPa,屈服强度160MPa,延伸率14%,成本比商用AE44降低30%,并成功应用于汽车零部件和超薄3C电子产品生产中。 发明了稀土镁合金梯度挤压和非对称加工技术。率先提出添加La/Ce混合稀土和富钇混合稀土研发Mg-Al-Zn-RE镁合金的创新性思路,发现了La/Ce混合稀土的表面活性作用有利于稀土镁合金的基体晶粒细化,促进镁基面滑移的新机制,创立了大尺寸无缝慢速梯度挤压工艺配合合适的固溶处理新工艺,确定了垂直于基面新强化相β1调控多相强化组织的规律,解决了镁合金的强韧化和薄壁成型的关键难题,大大提高了薄壁稀土镁合金的力学性能,实现了180mm的筒体壁厚达到2.5mm的国内领先水平,降低挤压温度50度,模具损耗降低20%,产品成品率提高10%,上述合金已应用于某多功能轻型弹筒体、座椅骨架和轨道客车通风窗的研制。 项目共获授权美国专利2项,国家发明专利20项,出版专著2部(章),发表SCI研究论文67篇,制定国家标准1项,获得省部级一等奖3项,获中国科学院杰出科技成就奖。建成压铸稀土镁合金生产线,实现4万件/年汽车零部件的生产。近三年总计新增产值143758万元,新增利润58923.10万元。
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