Mg-RE-Zn系合金中長周期堆垛有序相的調(diào)控及其對力學性能的影響.pdf

1、鎂合金作為目前最輕的商用金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高的比強度、比剛度，良好的機加工性能等優(yōu)點，已在航空航天、軌道交通、電子通訊等領(lǐng)域得到了一定程度上的應(yīng)用。但因缺少有效的強韌化相，其強度較低，塑性較差，難以滿足承載零件的力學性能要求。即使較成熟的商用Mg-Zn系合金，目前仍主要應(yīng)用于一些非承載結(jié)構(gòu)件。而添加了稀土元素的Mg-RE-Zn合金，除了具有良好的固溶強化和時效強化效果外，通過合理地調(diào)控Zn和RE元素含量比，可得到長周期有序堆垛(LPSO

2、)相。該相具有高硬度、高的彈性模量、高的熱穩(wěn)定性以及與基體共格的相間界面等特點，可顯著提高合金的強度和塑性，展示出優(yōu)異的綜合力學性能。
　　 本研究以Mg-Zn鎂合金為基礎(chǔ)，通過添加不同類型的稀土元素，設(shè)計并制備了Mg-RE-Zn系變形鎂合金。其中RE為Y、Er、Gd稀土元素兩兩配合添加，從而獲得了Mg-Er-Y-Zn系、Mg-Gd-Y-Zn系、Mg-Gd-Er-Zn系鎂合金，以研究合金元素、擠壓工藝、熱處理等對LPSO相的結(jié)構(gòu)

3、特征、形成、演變、形貌及其力學性能的影響，以期通過對LPSO相的結(jié)構(gòu)類型、析出形貌、分布狀態(tài)以及其與其他相的配合等方面的調(diào)控，獲得具有優(yōu)異綜合力學性能的高強變形鎂合金。
　　 首先，我們研究了擠壓工藝對于Mg-5Y-5Zn-0.6Zr(wt.％)合金中LPSO相形貌及其力學性能的影響。通過提高擠壓比可使LPSO相得到破碎和彌散分布，即使在較高的擠壓溫度下，也可得到細小的再結(jié)晶晶粒。彌散的LPSO相和細小的晶粒顯著提高了合金強度，

4、表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學性能：抗拉強度(UTS)=412MPa，屈服強度(UTS)=380MPa，延伸率(δ)=11.2％。
　　 其次，我們研究了不同Zn含量對Mg-9Er-6Y-xZn-0.6Zr(x=1～4，wt.％)系列合金中相組成及其力學性能的影響。隨著Zn含量的增加，體心立方結(jié)構(gòu)的顆粒狀Mg24(Er，Y，Zn，)5相在不斷減少，18R型LPSO結(jié)構(gòu)的塊狀Mg12Zn(Y，Er)相不斷增多。與Mg24(Er，Y，Zn)5

5、相相比，Mg12Zn(Y，Er)相可展現(xiàn)出更好的強韌化效果。但是由于過量的Zn含量而引入的大量粗層片狀LSPO相，反而會惡化合金的塑韌性。
　　 再次，我們研究了不同Zn含量對Mg-9Gd-6Y-xZn-0.6Zr(X=1～4，wt.％)系列合金中相組成及其力學性能的影響。隨著Zn含量的增加，Mg5(Gd，Y，Zn)相和層片狀LPSO相在不斷減少，14H型LPSO結(jié)構(gòu)的塊狀Mg12Zn(Y，Gd)相不斷增多。擠壓后，基體中大量扭

6、曲的層片狀LPSO相使得合金(Zn含量1.6wt.％)的抗拉強度達到400MPa，屈服強度達到330MPa，但延伸率僅為3.2％，隨著Zn含量的增加，合金基體中的大量層片狀LPSO相減少，塊狀LPSO相增多，合金強度呈下降趨勢，塑性卻得到改善。
　　 另外，我們研究了熱處理對Mg-9Gd-xEr-1.6Zn-0.6Zr(x=1～4，wt.％)系列合金中LPSO相的形成演變及其力學性能的影響。在鑄態(tài)合金的組織中均無LPSO相，第二

7、相僅為(Mg，Zn)3(Gd，Erl)相。合金在400℃-515℃之間熱處理后，(Mg，Zn)3(Gd，Er)相可轉(zhuǎn)變?yōu)?4H型LPSO結(jié)構(gòu)的塊狀Mg12Zn(Gd，Er)相，并在晶粒內(nèi)部析出大量平行排列的14H型LPSO結(jié)構(gòu)的層片狀相。原始晶界處的塊狀LPSO相可使擠壓態(tài)合金得到大量等軸晶粒，獲得較好的韌化效果；而原始晶粒內(nèi)部析出的層片狀LPSO相可使擠壓態(tài)合金得到大量細長條狀晶粒，獲得較好的強化效果。
　　 最后，我們從以上

8、各系列合金中，選取可獲得高強度的合金成分，以Mn作為晶粒細化元素，擠壓制備了Mg-9Gd-6Y-1.6Zn-0.6Mn(wt.％)合金。該擠壓態(tài)合金在200℃下可呈現(xiàn)明顯的時效硬化現(xiàn)象，并可在時效50h后達到最高的抗拉強度496MPa，屈服強度322MPa，延伸率9.7％，表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學性能。時效態(tài)合金能獲得如此高的強度，其原因主要源于析出于鎂基體柱面并與基體共格的大量凸透鏡狀β'相以及彌散分布于晶界處的小塊狀的LPSO相。