鎂合金相圖測定及新型Mg-Sn基合金設(shè)計、制備和力學(xué)性能研究.pdf

1、由于Sn在Mg中具有較大的固溶度，且能夠形成高穩(wěn)定性的Mg2Sn金屬間化合物，使得該體系作為潛在的新型高溫抗蠕變鎂合金引起了研究者的廣泛關(guān)注。稀土(RE)作為該體系重要的合金化元素，不僅可以提高其室溫強度和高溫抗蠕變性能，而且可以改善其室溫塑性和韌性。但是作為合金化改性的基礎(chǔ)，有關(guān)Mg-Sn-X系相圖的研究鮮有報道，使得新型Mg-Sn基合金的研發(fā)仍然處于嘗試階段。近來，德國Clausthal大學(xué)Schmid-Fetze課題組通過CALP

2、HAD方法已成功設(shè)計出了低含Sc含量的在350℃下仍有很高抗蠕變性能的Mg-Sc基合金MgGd5Mn1Sc0.3，使原先十分昂貴的Sc含量從6～15wt.％降低到0.3～1 wt.％，這意味著相圖與相平衡熱力學(xué)在鎂合金的科學(xué)設(shè)計上是可以大有作為的。因此，本文采用擴散偶法與合金法，通過EPMA、XRD、SEM-EDS對Mg-RE(Y, Nd，Gd)二元系、Mg-Sn-Y(Si)三元系相平衡進行測定，并根據(jù)Mg-Sn-Y三元相圖的測定結(jié)果，

3、設(shè)計了不同的Mg-Sn-Y合金，較系統(tǒng)地研究了鑄態(tài)和擠壓態(tài)Mg-Sn-Y三元合金的組織結(jié)構(gòu)、室溫及高溫力學(xué)性能和高溫蠕變性能。
　　根據(jù)300～500℃測得的RE(Y, Gd，Nd)在α-Mg固溶體的溶解度，外推至共晶溫度獲得了Y、Nd和Gd在α-Mg中最大固溶度分別約為4.7 at.％、3.2 at.％和7.1 at.％，均高于目前普遍認為的結(jié)果。確定了300～500℃時，Mg24Y5-x和Mg2Y1-x相的成分區(qū)間。與目前Mg

4、-Y二元相圖相比，成分區(qū)間明顯向富Mg端偏移，且其成分范圍擴大。與已接受的Mg-Nd二元相圖相比，Mg41Nd5金屬間化合物的成分范圍與早期結(jié)果基本一致;而Mg3Nd和MgNd金屬間化合物在400℃以上成分范圍變大，并且Mg3Nd/MgNd和MgNd/(MgNd+α-Nd)相平衡邊界向富Nd端移動。在Mg-Gd二元系中，Mg5Gd和Mg3Gd并不是嚴(yán)格計量比化合物，而是具有一定的固溶度范圍。Mg2Gd和MgGd的成分范圍向富Gd端偏移，

5、并且高于目前普遍認為的值。同時，獲得了Mg在α-Nd和α-Gd中的最大固溶度分別為10.0和15.4 at.％，均稍高于目前接受相圖中的結(jié)果。但是，關(guān)于Mg-50at.％ RE(Y, Nd，Gd)左右在高溫部分（500℃以上）的相平衡關(guān)系及其成分需要更為詳細的研究，以更為詳細、完整地重新構(gòu)建出Mg-RE二元系相圖，從而為建立更準(zhǔn)確可靠的Mg-RE基熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫提供有價值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最終為Mg-RE系鎂合金的成分設(shè)計、熱處理及加工工藝的優(yōu)

6、化奠定熱力學(xué)基礎(chǔ)。
　　構(gòu)建了Mg-Sn-Si(Y)三元系在Mg角300～500℃等溫截面，兩個體系相平衡關(guān)系隨溫度升高都沒有發(fā)生明顯變化。在Mg-Sn-Si三元系中，僅存在α-Mg固溶體與Mg2Si和Mg2Sn金屬間化合物的相平衡關(guān)系，不存在三元金屬間化合物，同時獲得了Mg2Sn/Mg2Si兩相平衡時的相邊界。在Mg-Sn-Y三元系中，存在Mg2Sn、MgSnY、Sn3Y5和Mg24+xY5四種化合物與α-Mg固溶體平衡，明確了

7、Mg-Sn-Y三元化合物的存在范圍。Sn和Y二者不能同時固溶于α-Mg基體中，當(dāng)α-Mg與Mg2Sn和MgSnY相平衡時，主要固溶的是Sn元素;當(dāng)α-Mg與Sn3Y5和Mg24Y5或與Sn3Y5和MgSnY相平衡時，主要固溶的是Y元素。
　　根據(jù)上述Mg-Sn-Y三元相圖的測定結(jié)果，設(shè)計了Mg-1.0Sn-1.5(3.0，3.5)Y(at.％)三元合金，并利用金屬模具鑄造后在300℃下反擠壓，擠壓后α-Mg基體晶粒得到了顯著細化，

8、晶粒尺寸分別為3、7和9μm。反擠壓Mg-1.0Sn-1.5(3.0，3.5)Y(at.％)合金中的主要第二相組成與鑄態(tài)相比無明顯變化，即三個合金的第二相分別為MgSnY、Sn3Y5+MgSnY和Sn3Y5。此類第二相尺寸均比較大，且主要分布在晶界處，同時在α-Mg基體中析出細小、彌散的第二相。反擠壓三個合金均具有良好的塑性和較高的壓/拉屈服強度比值R, Mg-1.0Sn-1.5Y合金的塑性達24％，三個合金R值分別為0.82、0.85

9、、1.08。反擠壓Mg-Sn-Y合金具有很好的高溫性能，Mg-1.0Sn-1.5(3.0，3.5)Y合金在150℃下屈服強度分別為118 MPa、155 MPa和162 MPa，并且在150～250℃溫度范圍內(nèi)強度并未明顯下降。反擠壓Mg-1.0Sn-1.5(3.0，3.5)Y三元合金在150℃/75 MPa下的穩(wěn)態(tài)蠕變率分為1.39×10-9 s-1、7.21×10-10 s-1和6.84×10-10 s-1，200℃/75 MPa下