自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg93Zn6Y1合金組織和力學(xué)性能的優(yōu)化.pdf

1、作為目前工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金被廣泛的應(yīng)用于交通工具、3C產(chǎn)品和航空航天等領(lǐng)域。然而，由于鎂合金的高溫性能較差，這使得其在高溫零件中不能得到廣泛應(yīng)用。為了提高鎂合金的性能，迫切的需要引入具有較高的硬度和熱穩(wěn)定性的增強(qiáng)相作為鎂合金的強(qiáng)化相。相比準(zhǔn)晶顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)鎂合金減少了準(zhǔn)晶顆粒的預(yù)制、處理和加入等復(fù)雜的制備工藝，其制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可以適用于大規(guī)模生產(chǎn)。為此，本論文以自生準(zhǔn)晶增強(qiáng)Mg93Zn6Y1合金

2、作為研究對(duì)象，研究了施加直流磁場(chǎng)處理、添加合金元素Cu、T4熱處理工藝、澆注溫度和冷卻速度對(duì)鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金組織和力學(xué)性能的影響，并分別探討了其作用機(jī)理。研究結(jié)果表明：
　　1)隨著直流磁場(chǎng)的加入，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0~1.2T的范圍內(nèi)，鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金的晶粒尺寸隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)出先減小后增大的規(guī)律，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3T時(shí)，合金鑄態(tài)組織的細(xì)化效果最明顯。合金試樣縱截面的晶粒尺寸明顯比橫截面的晶粒尺寸大。橫截面上

3、的X射線衍射圖譜最強(qiáng)峰在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.6T時(shí)發(fā)生變化，從(101)轉(zhuǎn)移至新的晶面(201)，同時(shí)還出現(xiàn)了另一個(gè)新的晶面(110)。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，在0~1.2T的范圍內(nèi)，(100)晶面所對(duì)應(yīng)的衍射峰峰值逐漸增強(qiáng)，合金在(100)晶面形成了擇優(yōu)取向。鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金的力學(xué)性能隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)出逐漸升高的規(guī)律，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.2T時(shí)，鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金的力學(xué)性能最好，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為169Mpa和2.8％，

4、與無(wú)磁場(chǎng)處理的鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金相比，分別提升了19.8%和33.3%。
　　2) Cu元素的引入使得鑄態(tài)Mg-Zn-Y-xCu系合金中生成了MgZnCu相（MgCu2型Laves相），合金的晶粒尺寸隨著Cu含量的增加呈現(xiàn)出先減小后增大的規(guī)律，當(dāng)Cu含量為1.5at%時(shí)，合金鑄態(tài)組織的細(xì)化效果最明顯。Cu元素的引入使得鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金的室溫和高溫（200℃）力學(xué)性能均得到提高，在室溫和高溫下，鑄態(tài)Mg91.5Zn

5、6Y1Cu1.5合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為178Mpa、3.8%和153MPa、10.6%，相比鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金，分別提高了10.5%、40.7%和26.4%、49.3%。
　　3)經(jīng) T4熱處理后，Mg-Zn-Y-xCu系合金的鑄態(tài)組織主要由初生α-Mg+I-phase+Laves相組成。鑄態(tài)Mg-Zn-Y-xCu系合金的抗拉強(qiáng)度隨著Cu含量的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律，當(dāng)Cu含量為1.5at.%時(shí)，合金的力學(xué)性能

6、最好，抗拉強(qiáng)度達(dá)到180MPa。與未經(jīng)T4熱處理的鑄態(tài)Mg91.5Zn6Y1Cu1.5合金相比，經(jīng)過(guò)T4熱處理后的鑄態(tài)Mg91.5Zn6Y1Cu1.5合金的抗拉強(qiáng)度僅提升了2MPa。由此可見(jiàn)，T4熱處理工藝對(duì)鑄態(tài)Mg-Zn-Y-xCu系合金的力學(xué)性能提升效果并不明顯。
　　4）隨著澆注溫度的升高，鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金的晶粒尺寸逐漸增大，合金的力學(xué)性能呈現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律，當(dāng)澆注溫度為720℃時(shí)，鑄態(tài)Mg93Zn6Y1合金

7、的力學(xué)性能最好，其抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別達(dá)到161MPa和3.1%。
　　5）隨著冷卻速度的降低，鑄態(tài)Mg93Zn6Y1和Mg91.5Zn6Y1Cu1.5合金的晶粒尺寸均逐漸增大，合金的力學(xué)性能均呈現(xiàn)出逐漸降低的規(guī)律。在低冷卻速度下，鑄態(tài)Mg93Zn6Y1和Mg91.5Zn6Y1Cu1.5合金的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別只有96MPa、0.8%和114MPa和1.5%，相對(duì)高冷卻速度下的力學(xué)性能分別降低了39.6%、66.6%和40%、6