高強Mg-Zn-Zr-RE合金熱加工過程微觀組織演變及強化機制.pdf

1、稀土鎂合金相比于傳統(tǒng)的鎂合金具有較高的強度。稀土元素的加入能夠從本質(zhì)上改變鎂合金在塑性變形或熱處理過程中強化相的析出行為和轉(zhuǎn)化趨勢,從而大幅度提高鎂合金的強度。目前,稀土鎂合金中主要的強化相在塑性變形或熱處理過程中的演變規(guī)律尚未得到系統(tǒng)的研究。通過控制不同的塑性變形或熱處理工藝參數(shù),使得稀土鎂合金中強化相的強化效果達到最優(yōu)的研究仍然較少。因此,為進一步提高稀土鎂合金的強度,本文選取了典型的富稀土Mg-10Gd-2Y-0.5Zn-0.3Z

2、r(GWZK102)和貧稀土MB26兩種鎂合金進行對比研究,深入揭示稀土鎂合金的強化機制。以GWZK102合金為主要研究對象,系統(tǒng)分析了合金在固溶處理(T4)、固溶處理+時效處理(T6)、擠壓變形和時效處理(T5)等熱加工過程中微觀組織和力學性能的演化規(guī)律,并與MB26合金進行對比分析。通過研究GWZK102和MB26合金中強化相的析出行為、轉(zhuǎn)化趨勢和強化機制,探討了不同熱加工狀態(tài)下GWZK102合金獲得高強度的主要原因。在此基礎上,開

3、展了GWZK102合金各種強化途徑的定量分析,通過組合和優(yōu)化不同的強化模型,分析和估算了GWZK102合金的主要強化來源及貢獻度,提出了富稀土GWZK102鎂合金的主要強化路徑。
　　研究結(jié)果表明:鑄態(tài)GWZK102合金中相對較小的晶粒尺寸、隨機分布的β′相及含有高密度層錯的亞結(jié)構(gòu)的共同作用使得該合金具有較高的強度。鍛態(tài)合金的力學性能相對于鑄態(tài)合金有了明顯提高,抗拉強度、屈服強度和延伸率分別由鑄態(tài)合金的256MPa、160MPa和

4、4.9％增至308MPa、210MPa和7.5%。鍛態(tài)合金中,細晶強化及β′相和長周期相(LPSO)在基體中析出等共同作用使得合金強度相對于原始鑄態(tài)合金顯著提高。
　　鍛態(tài)GWZK102合金時效過程中,大量的LPSO和β′相在基體中彌散析出導致該合金強度相對于鍛態(tài)合金顯著提高。200℃時效處理合金的峰值抗拉強度、屈服強度和延伸率分別為406MPa、273MPa和5.9%。隨著時效溫度升高,峰值時效合金中強化相的粗化及晶界無析出帶的

5、寬化造成合金強度顯著下降。
　　擠壓態(tài)GWZK102合金的強度較鍛態(tài)合金進一步提高,細晶強化的貢獻比率最大。200℃峰值時效合金的強度主要來源于細晶強化和彌散析出的LPSO、β′相強化。隨著熱處理溫度進一步升高,合金發(fā)生動態(tài)軟化,主要歸因于以下兩種原因:一方面強化相β′轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬浕摩孪?另一方面LPSO的長度變短及其在基體中的數(shù)量下降。
　　與鑄態(tài)MB26合金相比,擠壓態(tài)MB26合金的強度大幅度上升。細晶強化和準晶(I相

6、)強化共同作用使其強度明顯改善。隨著熱處理溫度進一步升高,MB26合金中晶粒和析出相迅速粗化。450℃峰值強度合金中,二十面體晶格結(jié)構(gòu)的準晶轉(zhuǎn)化為具有面心立方結(jié)構(gòu)的粗大Mg13RE30Zn57相是合金強度急劇下降的根本原因。
　　GWZK102合金在擠壓過程中織構(gòu)類型由鍛態(tài)合金中的(0001)?1120?型織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰枯^高的(0001)?1010?型織構(gòu)。擠壓基面纖維織構(gòu)的形成導致合金在單向拉伸過程中基面滑移難以開動,一定程度上

7、促進了合金強度的提高。隨著熱處理溫度升高,擠壓合金的織構(gòu)類型再次轉(zhuǎn)變?yōu)?0001)?1120?型織構(gòu),一定程度上降低了合金的強度,改善了合金的塑性。熱處理溫度高于400℃,合金中晶粒異常長大,影響了再結(jié)晶織構(gòu)正常轉(zhuǎn)變進程?？棙?gòu)類型轉(zhuǎn)再次變?yōu)?0001)?1010?型織構(gòu)。
　　鑄態(tài)GWZK102合金中,固溶強化是固溶處理(T4)合金強度的主要來源,對屈服強度的貢獻率約為59%。隨后的時效處理(T6)使得析出相的強化效果明顯增強,約