Ca和Ce-La微合金化Mg-Zn合金顯微組織及力學(xué)性能研究.pdf

1、鎂合金具有低密度、高比強度、高比模量等優(yōu)點，在汽車、航空和電子產(chǎn)品中都具有較大的市場應(yīng)用前景。但是相比于鋁合金，鎂的強度較低，而高強度的鎂合金（如GW系鎂合金）由于大量稀土元素的加入使其成本大大提高，開發(fā)低成本高強度鎂合金能夠有效的拓寬鎂合金的應(yīng)用。本課題中通過在Mg-Zn合金的基礎(chǔ)上添加微量的合金化元素制備了低成本高強韌的Mg-Zn-Ca-Ce/La合金。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡系統(tǒng)研究了微合金化元素Ca和/或C

2、e/La對擠壓態(tài)Mg-6Zn合金組織的影響；采用XRD和EBSD系統(tǒng)分析了微合金化元素對擠壓態(tài)合金織構(gòu)的影響，闡明了微合金化元素對Mg-Zn合金顯微組織的影響機理以及織構(gòu)演化機理；分析了擠壓態(tài)合金的室溫力學(xué)性能并闡明了合金屈服強度和顯微組織的關(guān)系。
　　微合金化元素Ca能夠促使擠壓態(tài)Mg-6Zn合金中Mg4Zn7相的動態(tài)析出，并且動態(tài)析出相的含量隨著Ca含量的增加而增多。Ca與Zn原子之間具有較低的混合焓，易于形成原子團簇，同時含

3、Ca合金中未溶Ca2Mg6Zn3相使基體中位錯密度增多，也有利于合金在擠壓變形過程中細小Mg4Zn7相的動態(tài)析出；未溶Ca2Mg6Zn3相可以促使合金的動態(tài)再結(jié)晶，利于再結(jié)晶晶粒的細化，而細小的Mg4Zn7析出相能夠釘扎晶界及位錯的運動，抑制動態(tài)再結(jié)晶過程和阻礙再結(jié)晶晶粒的長大，使得含Ca合金表現(xiàn)出了粗大未再結(jié)晶區(qū)及細小再結(jié)晶區(qū)的雙模顯微組織特征。Ca對擠壓態(tài)Mg-6Zn合金的再結(jié)晶織構(gòu)有顯著的影響，既弱化擠壓態(tài)Mg-Zn合金的基面織構(gòu)

4、強度，也使擠壓態(tài)Mg-6Zn二元合金中的<1120>纖維織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?1010>纖維織構(gòu)，顆粒促使動態(tài)再結(jié)晶形核導(dǎo)致了再結(jié)晶織構(gòu)的弱化，而固溶Ca原子或者細小Mg4Zn7析出相的釘扎作用導(dǎo)致了再結(jié)晶織構(gòu)組分由<1120>纖維織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?1010>纖維織構(gòu)。擠壓態(tài)Mg-Zn-Ca合金的屈服強度隨著Ca含量增多而增大，而延伸率則隨著Ca含量的增多而減?。粩D壓態(tài)ZX608合金的屈服強度由擠壓態(tài)Z6合金的136MPa提高到234MPa，強度的提高

5、主要歸因于晶界強化和第二相析出強化。
　　微合金化元素Ce/La使鑄態(tài)Mg-6Zn合金中的第二相由Mg4Zn7相轉(zhuǎn)變?yōu)檎唤Y(jié)構(gòu)的Mg-Zn-RE（Ce/La）相，并且鑄態(tài)合金的晶粒大小隨著Ce/La含量增加而減小。稀土元素Ce/La能夠細化擠壓態(tài)Mg-6Zn合金的再結(jié)晶晶粒大小，擠壓態(tài)Mg-6Zn合金的再結(jié)晶晶粒大小約為15μm，而加入稀土元素Ce/La后，再結(jié)晶晶粒大小減小到約10μm，但是稀土元素添加量在0.2wt.％到1.0

6、wt.%范圍內(nèi)對再結(jié)晶晶粒大小影響不明顯。微量稀土元素Ce/La可以顯著影響擠壓態(tài)合金的織構(gòu)，一方面稀土元素導(dǎo)致了基面織構(gòu)的弱化，另一方面導(dǎo)致RE織構(gòu)的出現(xiàn)。孿晶、剪切帶和第二相促進動態(tài)再結(jié)晶形核導(dǎo)致了基面織構(gòu)的弱化，而非基面織構(gòu)組分則只存在于再結(jié)晶晶粒尺寸較大（>8μm）的晶粒中，即RE織構(gòu)的產(chǎn)生是在再結(jié)晶晶粒長大過程中形成的。合金織構(gòu)的弱化和RE織構(gòu)的產(chǎn)生導(dǎo)致了擠壓態(tài)Mg-Zn-Ce/La合金塑性的顯著提高，擠壓態(tài)ZCe602和ZL

7、a602合金的延伸率都高于35%。
　　Ca與Ce/La復(fù)合微合金化比單一微合金化（Ca、Ce、La）能更有效的改善合金的力學(xué)性能。鑄態(tài)Mg-Zn-Ca-Ce合金中的主要第二相為分布在三叉晶界處的具有正交結(jié)構(gòu)的Mg-Zn-Ce-Ca相和分布在晶界處的Ca2Mg6Zn3相。Ca和Ce復(fù)合微合金化能有效的抑制擠壓態(tài)Mg-Zn合金的動態(tài)再結(jié)晶，并能夠有效的促使第二相的動態(tài)析出，動態(tài)析出第二相主要為球形的MgZn2相、桿狀的Mg4Zn7相

8、以及晶界處的Ca2Mg6Zn3相。Ca和Ce復(fù)合微合金化可以顯著改善Mg-6Zn合金的力學(xué)性能，擠壓態(tài)ZXCe60702合金的屈服強度和抗拉強度分別為287MPa和325MPa，這種強度的提高主要歸因于細小的動態(tài)再結(jié)晶晶粒、高密度的第二相析出以及變形區(qū)的高密度位錯。鑄態(tài)Mg-Zn-Ca-La合金中的主要第二相為分布在三叉晶界處的Mg-Zn-La-Ca相和分布在晶界處的Ca2Mg6Zn3相。Ca和La復(fù)合微合金化也能顯著細化擠壓態(tài)Mg-Z