高強(qiáng)Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金鍛造變形和組織性能研究.pdf

1、輕質(zhì)超高強(qiáng)鎂合金主要應(yīng)用于航空航天、軍工和其他高技術(shù)領(lǐng)域,對國防安全和民用科技進(jìn)步均具有重大戰(zhàn)略意義,特別是新型高強(qiáng)耐熱Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金有著廣泛的應(yīng)用前景。為進(jìn)一步拓展其應(yīng)用,本文利用半連續(xù)鑄造Mg-8.99Gd-2.85Y-1.89Zn-0.42Zr-0.2Ca合金鑄錠和Mg-8.2Gd-3.8Y-1.0Zn-0.4Zr擠壓合金棒(wt.％),研究鑄錠固溶態(tài)、退火態(tài)和擠壓棒擠壓態(tài)三種不同狀態(tài)合金材料的熱模擬壓縮和實際鍛造

2、行為,繪制加工圖,結(jié)合顯微組織分析討論壓縮變形工藝對Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金微觀組織演變和力學(xué)性能的影響,在加工圖的指導(dǎo)下研究Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金在實際鍛造條件下組織的演變規(guī)律和力學(xué)性能變化規(guī)律,制備出高強(qiáng)稀土鎂合金鍛坯,揭示其高溫變形機(jī)制和強(qiáng)化機(jī)理。綜合為高強(qiáng)Mg-Gd-Y-Zn-Zr系合金的成型工藝具有重要的指導(dǎo)意義。
　　鑄態(tài)Mg-8.99Gd-2.85Y-1.89Zn-0.42Zr-0.2Ca合金由a-Mg

3、基體、Mg5(Gd,Y)共晶化合物、14H型LPSO相以及Zr質(zhì)點(diǎn)組成。以相圖計算為指導(dǎo)選擇最佳均勻化機(jī)制500℃/12h。均勻化過程中Mg5(Gd,Y)相回溶,淬水后組織主要由過飽和a-Mg基體、晶界殘留LPSO相組成,而隨爐冷組織晶內(nèi)析出大量的層片狀LPSO相,這種組織相對于淬水態(tài)性能較低。
　　取固溶態(tài)合金和擠壓態(tài)合金在變形溫度和應(yīng)變速率為300℃-500℃/0.001-10s-1的范圍內(nèi)熱模擬壓縮,考察其流變行為顯示兩種合

4、金高溫變形時的峰值應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的降低和變形溫度的升高而減小,觀察其顯微組織以動態(tài)再結(jié)晶(Continuousdynamicrecrystallization,CDRX)為主要變形機(jī)制;繪制加工圖并分析其在不同條件下變形的功率耗散效率、穩(wěn)態(tài)變形和非穩(wěn)態(tài)變形,并結(jié)合顯微組織,選取最佳熱加工工藝參數(shù),固溶態(tài)合金為440℃/0.017s-1,對應(yīng)的功率耗散效率η=29%;擠壓態(tài)合金為440℃/0.035s-1,對應(yīng)的功率耗散效率η=35%。

5、
　　在加工圖分析的基礎(chǔ)上對三種狀態(tài)的合金進(jìn)行了不同溫度不同變形道次的鍛造,并觀察組織測試性能,發(fā)現(xiàn)經(jīng)不同溫度和道次鍛造變形后,固溶態(tài)合金和退火態(tài)合金主要由晶內(nèi)含LPSO相的鍛造變形晶粒、再結(jié)晶晶粒、均勻化處理殘留大塊LPSO相和晶界處析出的Mg5(Gd,Y,Zn)相組成;而擠壓態(tài)合金主要由晶內(nèi)含LPSO相的鍛造變形晶粒、擠壓遺留的晶內(nèi)含粗大LPSO相的變形晶粒、再結(jié)晶晶粒、均勻化處理殘留大塊LPSO相和晶界處析出的Mg5(Gd,

6、Y,Zn)相組成。各種組成相的形態(tài)、尺寸、數(shù)量隨變形工藝不同而發(fā)生變化。其中,隨變形溫度提高和變形道次增加,動態(tài)再結(jié)晶驅(qū)動力增大,總體趨勢呈變形道次升高再結(jié)晶程度增加,變形溫度升高再結(jié)晶長大;Mg5(Gd,Y,Zn)相析出主要受晶格畸變能量和熱激活能量驅(qū)動,提高組織位錯密度并增加原子活動能力促進(jìn)Mg5(Gd,Y,Zn)相的析出和長大;對于晶內(nèi)LPSO相,主要表現(xiàn)為高溫促進(jìn)LPSO相析出和長大,同時由于動態(tài)再結(jié)晶過程加劇也促進(jìn)了LPSO相

7、回溶,高道次變形主要通過再結(jié)晶使LPSO相溶解。
　　在熱模擬壓縮變形和實際鍛造過程中,兩種狀態(tài)合金的晶界LPSO和晶內(nèi)析出LPSO均受剪切應(yīng)力發(fā)生扭折而協(xié)調(diào)組織變形,隨變形程度增加,高度應(yīng)力集中的晶內(nèi)扭折LPSO相發(fā)生斷裂并與位錯相互作用促進(jìn)動態(tài)再結(jié)晶形核,是一種LPSO相扭折協(xié)調(diào)的動態(tài)再結(jié)晶變形機(jī)制。晶內(nèi)LPSO相在很大程度上影響變形過程和組織性能,在較低溫度下,LPSO相阻礙位錯滑移,減少位錯在晶界處的塞積,強(qiáng)化合金。組織表

8、現(xiàn)為晶界再結(jié)晶程度較低,而晶內(nèi)LPSO相扭折嚴(yán)重,再結(jié)晶主要由晶內(nèi)發(fā)生,并隨變形程度增加貫穿整個晶粒而使晶粒細(xì)化。以退火態(tài)合金425℃初次鍛造為代表,組織以晶內(nèi)再結(jié)晶為主要特征,其鍛后屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及斷裂延伸率分別達(dá)到304MPa、378MPa以及5.7%。而在較高溫度下,熱激活促進(jìn)受LPSO相阻礙的高密度位錯重組,促進(jìn)動態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行。以退火態(tài)合金475℃初次鍛造為代表,組織再結(jié)晶完全且有一定程度長大,性能表現(xiàn)一般。
　　恒

9、溫多向鍛造因晶界處大量析出粗大Mg5(Gd,Y,Zn)相而性能不佳,固溶態(tài)和退火態(tài)合金初鍛以退火態(tài)合金鍛后性能較好,擠壓態(tài)初鍛性能高于前兩者,其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度最高達(dá)325MPa和387MPa,延伸率為21.5%。三種狀態(tài)合金的降溫多向鍛造性能都比較高,而且因為晶粒細(xì)化程度高,屈服強(qiáng)度提高顯著,最高的擠壓態(tài)合金鍛后屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為399MPa和419MPa,延伸率為14.8%。鍛造過程因不同程度的析出Mg5(Gd,Y,Zn)相