含準(zhǔn)晶、長周期結(jié)構(gòu)相的Mg-Zn-Y合金微觀組織與性能研究.pdf

1、鎂合金是工程應(yīng)用中密度最小的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)、比剛度高，阻尼減震、電磁屏蔽性能，以及優(yōu)異的加工性能和易回收等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，鎂合金強(qiáng)度較低、耐腐蝕性差等缺點(diǎn)極大地限制了其更加廣闊的應(yīng)用空間與潛力。通過在鑄造鎂合金中添加稀土元素可以顯著提高合金的性能，近年來，鑄造稀土鎂合金已成為鎂合金研究的一個(gè)重點(diǎn)。通過添加Y元素以及熱處理和新制備工藝可以在Mg-Zn系合金中獲得準(zhǔn)晶相、長周期有序堆垛結(jié)構(gòu)相，使其綜合性能獲得了很大的改善。

2、　　本文采用常規(guī)鑄造和銅輥旋淬設(shè)備制備出鑄態(tài)及不同冷速的快速凝固 Mg-Zn-Y準(zhǔn)晶合金，研究快凝下不同冷速對(duì)準(zhǔn)晶的微觀形貌、凝固路徑、合金耐腐蝕性能的影響；采用普通鑄造制備長周期結(jié)構(gòu) Mg-Zn-Y合金，確定不同類型長周期結(jié)構(gòu)相的相組分，對(duì)長周期結(jié)構(gòu)合金進(jìn)行熱處理，分析 LPSO相在平衡轉(zhuǎn)變后相類型及組分、轉(zhuǎn)變機(jī)制、形貌和分布狀況以及性能變化；外加準(zhǔn)晶到 LPSO結(jié)構(gòu) Mg-Zn-Y合金中制備鎂基復(fù)合材料，研究準(zhǔn)晶存在形式，I相與LP

3、SO相互相作用下兩者依存關(guān)系以及對(duì)鎂基復(fù)合材料性能的影響。
　　Mg57Zn37Y6二十面體準(zhǔn)晶可以通過普通鑄造和快速凝固方法獲得，而且不同冷卻速度下的準(zhǔn)晶合金微觀組織有很大的差異。二十面體準(zhǔn)晶在這兩種凝固條件下均可直接從過冷熔體中析出，其最優(yōu)生長方向?yàn)槲宕螌?duì)稱軸方向，二十面體的頂點(diǎn)是再次形成準(zhǔn)晶的最佳位置。隨著冷卻速率的提高，準(zhǔn)晶的生長方式由鑄態(tài)時(shí)小平面生長和共生生長轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖倌虝r(shí)多以非小平面生長。冷卻速率影響準(zhǔn)晶的長大過程的

4、同時(shí)，對(duì)準(zhǔn)晶形核起到至關(guān)重要作用。二十面體短程序(ISRO)為準(zhǔn)晶的形核質(zhì)點(diǎn)，快速凝固較高的冷卻速率使合金具有大的過冷度，可增大ISRO在熔體中的存在幾率，促進(jìn)這樣的原子團(tuán)簇作為更多的準(zhǔn)晶形核質(zhì)點(diǎn)。Mg57Zn37Y6合金在3.5％(wt.%)NaCl溶液中腐蝕為典型的點(diǎn)蝕形貌，快速凝固 Mg57Zn37Y6合金中大體積分?jǐn)?shù)準(zhǔn)晶相在改善合金耐腐蝕性上起到主導(dǎo)作用。
　　鑄態(tài)Mg94Zn2Y4合金中LPSO相為18R型，其相成分為M

5、g10Zn1Y1，經(jīng)過固溶處理合金微觀形貌發(fā)生顯著變化。14H-LPSO和18R-LPSO可以在788K-15h固溶態(tài)Mg94Zn2Y4合金中共存，對(duì)應(yīng)的相組成分別為Mg12Zn1Y1和Mg10Zn1Y1，14H與α-Mg基體的位向關(guān)系為：(0001)14H//(0001) Mg和[0110]14H//[1120] Mg。14H-LPSO相的生成有兩種途經(jīng)：一種是18R-LPSO向14H-LPSO相轉(zhuǎn)變而來；另一種是從α-Mg基體中析出

6、。14H-LPSO相以合金中的層錯(cuò)為形核質(zhì)點(diǎn)，伴隨著溶質(zhì)原子的擴(kuò)散遷移而長大。788K-15h固溶處理后Mg94Zn2Y4合金較之鑄態(tài)時(shí)力學(xué)性能得到顯著改善，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和拉伸率分別從182 MPa、135 MPa和10.2%提高至245 MPa、157 MPa和13.8%，增幅分別為34.6%、16.3%和35.3%，力學(xué)性能的改善得益于：1、基體中有大量精細(xì)的針狀片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)；2、第二相體積分?jǐn)?shù)明顯提高；3、晶粒得到顯著細(xì)化，

7、增加了大量晶界。T6處理后Mg94Zn2Y4合金中塊狀LPSO相消失或轉(zhuǎn)變?yōu)轶w積更小的小塊狀，針狀片層結(jié)構(gòu)更加精細(xì)且細(xì)針狀長度與寬度均有很大程度的減?。粶y(cè)試合金布氏硬度，合金在經(jīng)過788K-15h+473K-12h熱處理后達(dá)到宏觀硬度最大值。
　　外加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù) Mg57Zn37Y6準(zhǔn)晶中間合金到長周期堆垛結(jié)構(gòu) Mg94Zn2Y4合金中制得Mg-Zn-Y合金，其微觀組織均有顯著變化。外加8wt.%準(zhǔn)晶中間合金后Mg-Zn-Y合金

8、中的準(zhǔn)晶相以（I-phase+α-Mg）共晶組織的形式存在。此時(shí)，共晶組織有兩種存在形式：一種是獨(dú)立存在的層片結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)細(xì)網(wǎng)狀形態(tài)；另一種是以長片層形態(tài)分布在細(xì)條板狀相之間，將細(xì)條板狀相轉(zhuǎn)變?yōu)閵A層結(jié)構(gòu)。合金宏觀硬度與合金組織中相組成有密切關(guān)聯(lián)，隨著外加準(zhǔn)晶中間合金質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，Mg-Zn-Y合金中的相組成變化為：α-Mg+Mg10Zn1Y1(0wt.%)→α-Mg+Mg10Zn1Y1+I相(4wt.%)→α-Mg+Mg10Zn1Y1+