镁-稀土系合金的特性及应用

该合金系的美国牌号主要有ZE10等，国内牌号主要有MB8、MB18、MB21、MB22、MB25等。镁-稀土系合金是近年来新开发的变形镁合金，具有优异的耐热性和耐蚀性，一般无应力腐蚀倾向，广泛用于制备薄板或厚板、挤压材和锻件等。

在镁中添加稀土元素可显著提高合金的高温性能，并且在铸造过程中还可显著细化合金晶粒。镁能与多种稀土元素如Ce、Nd和La等形成固溶体，其富镁区为低熔点简单共晶并在晶界处呈网状分布，抑制微孔的形成，从而铸造性能优良。在稀土金属中Nd的作用最佳，Nd使得镁合金高温和常温下同时获得强化。Ce和Ce的混合稀土虽然对改善耐热性效果较好，但常温强化作用较差。La的作用效果在两方面均不如Ce。Mg-RE系的共晶温度比Mg-Al和Mg-Zn系的高得多，通常认为三价稀土元素提高了合金中的电子浓度，可以增强镁合金的原子结合力，减小了镁在473～573K的原子扩散速度，特别是镁与稀土金属形成的化合物热稳定性高。另外，在423～573K范围内Nd在Mg中的固溶度较小，固溶体与第二相之间的原子交换作用减弱，这些都有助于阻止高温下晶界迁移和减小扩散性蠕变变形。一般认为，稀土镁合金具有较高的抗蠕变性能，主要归因于Mg-RE化合物的弥散强化和其在晶界上对晶界滑移的影响。稀土镁合金中添加Zr，能细化晶粒，改善性能。如果Zr的添加量合适，合金强度将进一步提高。

目前开发出的稀土镁合金大多是在已有合金系基础上通过添加稀土元素开发而成的，很好地改善了合金的性能。在国外含稀土的变形镁合金中典型的合金系有ZE10A（Mg-1.5Zn-0.2RE）、ZE41A等，此类合金在人工时效后硬度适中，最典型的应用是直升机上的传送箱，产品包括ZE10A薄板和板材、ZE42A和ZE62锻件。在国内，研究较多且已经开始应用的镁-稀土系变形镁合金有镁-锰-稀土系（如MB12、MB14、S122、S127等合金）、镁-锌-锆-稀土系（如MB22、MB25、S124、S128等合金），此外MB8、MB18也为含有稀土的变形镁合金。表2-29给出了国内几种稀土镁合金的物理性能参数。

表2-29 镁-稀土系合金的物理性能参数

注：1cal=4.1868J。

镁-稀土合金在高温下有较好的塑性，可进行挤压、锻造等压力加工。在轧制过程中，由于镁-锰-稀土合金的热加工温度范围较窄，所以需采用多道次小压下量和重复退火的工艺制度。

1.镁-锰-稀土合金

稀土元素可显著提高镁-锰系合金的高温强度，特别是持久强度提高幅度更大。该合金系具有良好的耐蚀性，且无应力腐蚀倾向。表2-30给出了稀土元素对镁-锰合金的室温和高温力学性能的影响。表2-31～表2-36给出了镁-锰-稀土合金在室温和高温下的力学性能。

表2-30 镁-锰-稀土系试验合金的力学性能

表2-31 MB14合金的室温（293K）力学性能（未热处理）

表2-32 MB14合金挤压棒材的室温和高温力学性能（未热处理）

表2-33 MB14合金挤压棒材的低温力学性能（未热处理）

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表2-34 MB12合金棒材的室温和高温力学性能（淬火及人工时效状态）

表2-35 镁-锰-稀土合金的室温力学性能

表2-36 镁-锰-稀土合金板材的高温力学性能

镁-锰-稀土合金主要用于生产各种规格的板材，代替MB8合金做飞机蒙皮、壁板及其他在473K以下长期使用及在523K以下短期使用的结构件。

2.镁-锌-锆-稀土合金

镁-锌-锆合金中添加稀土元素后，除能改善合金的铸造性能和焊接性能外，还能提高合金的强度。表2-37为稀土元素镧和钕对镁-锌-锆合金293～523K温度下力学性能的影响。表2-38和表2-39分别给出了镁-锌-锆-稀土系试验合金S124和S126合金的室温和高温力学性能。

表2-37 镁-锌-锆-稀土合金的力学性能

表2-38 镁-锌-锆-稀土合金的室温力学性能

镁-锌-锆-稀土合金可加工成棒材、型材以及各种锻件，可代替MB15合金用来制作473K以下承受较大载荷的零件。

表2-39 镁-锌-锆-稀土合金的高温力学性能