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Mg和稀土元素对Al-20%Si合金组织与力学性能研究
摘要：Al-20%Si合金是一种常见的铸造合金，具有良好的强度和耐腐蚀性能。然而，由于Si的添加，合金的塑性变形能力较差。因此，本研究旨在使用Mg和稀土元素调控Al-20%Si合金的组织与力学性能。通过不同浓度的Mg和稀土元素添加，研究了合金的相组成、显微组织特征以及力学性能的变化。结果表明，适量的Mg和稀土元素可以显著改善Al-20%Si合金的综合性能。
1. 引言
铝-硅合金是一类广泛应用于汽车、航空航天和电子等领域的低密度材料。Al-20%Si合金具有低的热膨胀系数、良好的耐腐蚀性能和良好的铸造性能，因此在铸件制造中得到广泛应用。然而，由于Si的添加，合金的塑性变形能力较差，这限制了其应用范围。因此，寻找一种有效的方法来改善Al-20%Si合金的塑性变形能力是至关重要的。
2. 实验方法
在本研究中，采用真空熔炼的方法制备了Al-20%Si合金，并控制了不同浓度的Mg和稀土元素的添加。合金样品经过适当的加热和冷却处理后，进行了相组成、显微组织和力学性能的表征。相组成和显微组织的分析采用了X射线衍射仪和扫描电子显微镜。力学性能的测试包括拉伸试验和硬度测试。
3. 结果与讨论
研究结果表明，添加适量的Mg和稀土元素可以显著改善Al-20%Si合金的力学性能。首先，相比于未添加Mg和稀土元素的合金，添加Mg和稀土元素的合金具有更高的拉伸强度和屈服强度。这是由于Mg的添加可以有效地形成硬质Al-Mg化合物，提高合金的强度。稀土元素的添加可以细化合金的晶格结构，并增强合金的晶界强度。此外，添加Mg和稀土元素的合金还表现出更高的塑性变形能力，这可能是因为稀土元素的添加通过改变合金的晶粒形貌来提高其塑性变形能力。
其次，相对于未添加Mg和稀土元素的合金，添加Mg和稀土元素的合金具有更高的硬度。这是由于Mg和稀土元素的添加可以有效地提高合金的强度和硬度。此外，添加Mg和稀土元素还可以改善合金的耐磨性能和耐腐蚀性能。
最后，通过分析合金的显微组织，发现适量的Mg和稀土元素的添加可以显著改善合金的晶粒结构。添加Mg和稀土元素后，合金的晶粒尺寸明显变小，并且晶界清晰，表明晶界能够有效地阻碍晶粒的滑移和位错移动。
4. 结论
本研究表明，适量的Mg和稀土元素的添加可以显著改善Al-20%Si合金的组织与力学性能。通过添加Mg和稀土元素，合金的拉伸强度、屈服强度、硬度和塑性变形能力得到了显著提高。此外，添加Mg和稀土元素还能改善合金的耐磨性能和耐腐蚀性能。这一研究结果对于进一步优化Al-20%Si合金的应用具有重要意义。
参考文献：
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